5. Ulusal Su Mühendisliği Sempozyumu 12

Transkript

T.C.
ORMAN VE SU ĠġLERĠ BAKANLIĞI
DEVLET SU ĠġLERĠ GENEL MÜDÜRLÜĞÜ
5. ULUSAL SU MÜHENDĠSLĠĞĠ
SEMPOZYUMU
BĠLDĠRĠLER KĠTABI
2. CĠLT
2. Basım
12-16 Eylül 2011
Orhantepe / ĠSTANBUL
5. Ulusal Su Mühendisliği Sempozyumu
12-16 Eylül 2011
Orhantepe / ĠSTANBUL
2. CĠLT
2. Basım
DSĠ Teknik AraĢtırma ve Kalite Kontrol Dairesi BaĢkanlığı
06100 Yücetepe / ANKARA
Tel: 0 312 399 27 96
Faks: 0 312 399 27 95
e-posta:
[email protected]
[email protected]
Copyright © Bu kitabın Türkiye‘deki yayın hakları DSĠ‘ye aittir. Her hakkı saklıdır. Hiçbir bölümü ve paragrafı
kısmen veya tamamen özet halinde, fotokopi, faks veya baĢka herhangi bir Ģekilde çoğaltılamaz, dağıtılamaz.
Normal ölçüyü aĢan iktibaslar yapılamaz. Normal ve kanuni iktibaslara kaynak gösterilmesi zorunludur.
Bu bildiriler kitabında yayınlanan bildiriler bir kurum veya kuruluĢun resmi görüĢü olmayıp tamamıyla yazarların
kendi görüĢleridir.
“Ġktisadiyatımızın ana tedbirlerinden olan su iĢleri
umumi idaresinin fenni kabiliyet ve kudreti, çok sağlam
kurulmak lazımdır.”
1929
BĠLĠM KURULU
Prof.Dr. Veysel EROĞLU (Orman ve Su ĠĢleri Bakanı)
Prof.Dr. A. Melih YANMAZ(ODTÜ)
Prof.Dr. Alaettin TAYSUN (EGE Ü.)
Prof.Dr. Ali GÜNYAKTI (DAÜ)
Prof.Dr. Atıl BULU (OKAN Ü.)
Prof.Dr. Basri ERTAġ (KTÜ)
Prof.Dr. Beyhan YEĞEN (ĠTÜ)
Prof.Dr. Bihrat ÖNÖZ (ĠTÜ)
Prof.Dr. Can BALAS (GÜ)
Prof.Dr. Doğan ALTINBĠLEK (ODTÜ)
Prof.Dr. Dursun Zafer ġEKER (ĠTÜ)
Prof.Dr. Emin KARAHAN (Beykent Ü.)
Prof.Dr. Ercan KAHYA (ĠTÜ)
Prof.Dr. Esin ÇEVĠK (YTÜ)
Prof.Dr. Gökmen TAYFUR (ĠYTE)
Prof.Dr. Hafzullah AKSOY (ĠTÜ)
Prof.Dr. Halil ÖNDER (ODTÜ)
Prof.Dr. Hayrullah AĞAÇCIOĞLU (YTÜ)
Prof.Dr. Hızır ÖNSOY (KTÜ)
Prof.Dr. Ġbrahim GÜRER (GÜ)
Prof.Dr. Ġlhan AVCI (ĠTÜ)
Prof.Dr. Kerem CIĞIZOĞLU (ĠTÜ)
Prof.Dr. Lale BALAS (GÜ)
Prof.Dr. M. Ali YURDUSEV (Celal B. Ü.)
Prof.Dr. M. ġükrü GÜNEY (DEÜ)
Prof.Dr. Mehmet BERKÜN (KTÜ)
Prof.Dr. Mehmet KARACA (ĠTÜ)
Prof.Dr. Mehmetçik BAYAZIT (ĠTÜ)
Prof.Dr. Mustafa ALTINAKAR (Mississippi Ü)
Prof.Dr. Mustafa GÖĞÜġ (ODTÜ)
Prof.Dr. Mustafa KILINÇ (Gazikent Ü.)
Prof.Dr. Necati AĞIRALĠOĞLU (ĠTÜ)
Prof.Dr. Nevzat YILDIRIM (GÜ)
Prof.Dr. Nilgün HARMANCIOĞLU (DEÜ)
Prof.Dr. O. Nuri ÖZDEMĠR (GÜ)
Prof.Dr. Ömer YÜKSEK (KTÜ)
Prof.Dr. Salih KIRKGÖZ (ÇÜ)
Prof.Dr. Sedat KABDAġLI (ĠTÜ)
Prof.Dr. Tefaruk HAKTANIR (Erciyes Ü)
Prof.Dr. Ünal ÖZĠġ (DEÜ)
Prof.Dr. Yalçın YÜKSEL (YTÜ)
Prof.Dr. Zekai ġEN (ĠTÜ)
Doç.Dr. Burcu ALTAN SAKARYA (ODTÜ)
Doç.Dr. D. ReĢat ACAR (Atatürk Ü.)
Doç.Dr. Ġsmail AYDIN (ODTÜ)
Doç.Dr. Ġsmail YÜCEL (ODTÜ)
Doç.Dr. Levent YILMAZ (ĠTÜ)
Doç.Dr. Mehmet ARDIÇLIOĞLU (Erciyes Ü.)
Doç.Dr. M. Emin EMĠROĞLU (Fırat Ü.)
Doç.Dr. Nuray TOKYAY (ODTÜ)
Doç.Dr. Nuri MERZĠ (ODTÜ)
Doç.Dr. Nurünnisa USUL (ODTÜ)
Doç.Dr. Osman YILDIZ (KÜ)
Doç.Dr. Özgür KĠġĠ (Eerciyes Ü.)
Doç.Dr. ġebnem ELÇĠ (ĠYTE)
Doç.Dr. ġevket ÇOKGÖR (ĠTÜ)
Doç.Dr. Yakup DARAMA (DSĠ)
Doç.Dr. Zafer BOZKUġ (ODTÜ)
Yrd.Doç.Dr. Emrah DOĞAN (Sakarya Ü.)
Yrd.Doç.Dr. Hatice ÇAĞATAY (Çukurova Ü.)
Yrd.Doç.Dr. Mete KÖKEN (ODTÜ)
Yrd.Doç.Dr. ġahnaz TĠĞREK (ODTÜ)
DANIġMA KURULU
Akif ÖZKALDI (DSĠ)
Güven KARAÇUHA (DSĠ)
Cüneyt GEREK (DSĠ)
Ömer ÖZDEMĠR (DSĠ)
Döndü TATLIDĠL (DSĠ)
M. Fatih KOCABEYLER (DSĠ)
M. Yalçın ÇOMOĞLU (DSĠ)
ORGANĠZASYON VE DÜZENLEME KURULU
M. Fatih KOCABEYLER
Vehbi ÖZAYDIN
M. Ali KÖKPINAR
ġ. Yurdagül KUMCU (Sekreter)
Çağlar ÖZCAN
Murat ÜYÜKLÜOĞLU
5. Ulusal Su Mühendisliği Sempozyumu
12-16 Eylül 2011 Orhantepe/İSTANBUL
ÖNSÖZ
Su Hayattır…
Devlet Su ĠĢleri Genel Müdürlüğü, ülkemizin geliĢip kalkınmasında çok önemli bir yere sahip
olan su kaynaklarının planlanması, geliĢtirilmesi ve iĢletilmesi konularında en etkin kurumdur.
DSĠ tarafından yürütülen araĢtırma ve geliĢtirme faaliyetleri, kurum bünyesinde yer alan Teknik
AraĢtırma ve Kalite Kontrol Dairesi BaĢkanlığı‘mız tarafından koordine edilmektedir. Daire
BaĢkanlığımızın faaliyetleri kapsamında, bu araĢtırma ve geliĢtirme çalıĢmalarının ilgililere
ulaĢtırılması ve yaygınlaĢtırılması amacı ile ulusal ve/veya uluslararası ölçekte seminer,
sempozyum, kurs ve benzeri organizasyonlar düzenlenmektedir. Bu etkinliklerle, bilgi
kaynaklarına ulaĢmanın en kolay yolu olan, konusunda uzman kiĢiler bir araya getirilerek, kiĢiler
arasında bilgi transferi sağlanmaktadır.
Bu yıl beĢincisi düzenlenen ―Ulusal Su Mühendisliği Sempozyumu‖ nun gayesi; üniversite,
kamu ve özel sektör gibi çeĢitli kesimlerde çalıĢan konu ile ilgili araĢtırmacıları bir araya
getirerek, Su Mühendisliği alanında teorik ve uygulamalı çalıĢmalar ile bu alanda karĢılaĢılan
sorun ve çözümleri yeni teknolojik geliĢmeler ıĢığında tartıĢmaktır.
5. Ulusal Su Mühendisliği Sempozyumu‘na tebliğleriyle destek veren meslektaĢlarıma,
üniversitelerin değerli öğretim üyelerine, kamu kurum ve kuruluĢları ile özel sektörde görev
yapan tüm katılımcılara teĢekkür eder, bildirileri içeren bu kitabın teĢkilatımız ve konu ile ilgili
diğer sektör çalıĢanlarına faydalı olmasını dilerim.
M. Fatih KOCABEYLER
Daire BaĢkanı
ĠÇĠNDEKĠLER
GENEL HĠDROLĠK
GLAZOV YAKLAġIMI ĠLE DOLUSAVAK HAVALANDIRICI TASARIMI ...............................1
M. Cihan AYDIN, Seçkin AYDIN, Tolga DURUKAN
LABĠRENT YAN SAVAKLARIN CFD ANALĠZĠYLE DEĞERLENDĠRĠLMESĠ ......................15
M. Emin EMĠROĞLU, M. Cihan AYDIN
TÜRBÜLANSLI AKIM ÖZELLĠKLERĠNĠN VE TUTARLI AKIM YAPILARININ
ĠNCELENMESĠ ................................................................................................................................23
Gökçen BOMBAR, Ġsmail ALBAYRAK
KÖPRÜ YAN AYAĞI UZUNLUĞUNUN ATNALI ÇEVRĠNTĠ SĠSTEMĠNE ETKĠSĠ ...............39
Mete KÖKEN, Mustafa GÖĞÜġ
AÇIK KANALLARDA TÜRBÜLANS PARAMETRELERĠNĠN DERĠNLĠKLE DEĞĠġĠMĠ.......47
Ömer KÖSE
DEĞĠġKEN AKIMLARDA SU SEVĠYESĠ DEĞĠġĠMLERĠNĠN GÖRÜNTÜ ĠġLEME ĠLE
BELĠRLENMESĠ ..............................................................................................................................55
Selahattin KOCAMAN, Hatice ÖZMEN ÇAĞATAY
KIYI HĠDROLĠĞĠ
KARADENĠZ‘DE DALGA PARAMETRELERĠNĠN TAHMĠNĠ ĠÇĠN
BASĠTLEġTĠRĠLMĠġ DALGA TAHMĠN YÖNTEMLERĠNĠN PERFORMANSLARININ
DEĞERLENDĠRĠLMESĠ .................................................................................................................71
Adem AKPINAR, Mehmet ÖZGER, Murat Ġhsan KÖMÜRCÜ, Hızır ÖNSOY
GÜNEY KARADENĠZ‘ĠN DALGA ENERJĠSĠ POTANSĠYELĠ ...................................................87
Burak AYDOĞAN, Berna AYAT
DÜZENLĠ DALGALAR ETKĠSĠNDEKĠ DENĠZ TABANINA SERBEST OTURAN BORU
HATLARININ DĠNAMĠK ANALĠZĠ ..............................................................................................95
Ġbrahim Halil ÖLMEZ, Muhammet Ensar YĠĞĠT, Bekir SOLMAZ
TAġKIN DALGASI YAYILMASININ DENEYSEL VE SAYISAL ANALĠZĠ ..........................107
M. ġükrü GÜNEY, Gökçen BOMBAR, Olcay MAYDA, AyĢegül ÖZGENÇ AKSOY
RĠSK ALTINDAKĠ KIYILAR VE KARASU ÖRNEĞĠ ...............................................................119
Yalçın YÜKSEL
ĠSTANBUL BOĞAZI ĠÇĠN DOĞRUSAL AKINTI MODELĠ ......................................................135
Burak AYDOĞAN, Esin ÇEVĠK, Yalçın YÜKSEL
i
YERALTISUYU HĠDROLĠĞĠ
KARADUVAR (MERSĠN) BÖLGESĠNĠN YERALTI SUYU KĠRLĠLĠĞĠ AÇISINDAN
DEĞERLENDĠRĠLMESĠ VE KĠRLĠLĠĞĠNĠN TEMĠZLENMESĠNE YÖNELĠK
GEÇĠRGEN REAKTĠF BARĠYER YERĠ SEÇĠMĠ ...................................................................... 147
Can AKBULUT, Cüneyt GÜLER, Mehmet Ali KURT
DRENAJIN ÇEVRESEL ETKĠLERĠ VE DSĠ DRENAJ ÇALIġMALARININ TARĠHSEL
SÜRECĠ.......................................................................................................................................... 159
M. Sait TAHMĠSCĠOĞLU, Ramazan YÜCEL, Cemalettin ASLAN
AFYONKARAHĠSAR ġUHUT OVASI‘NIN YERALTISUYU MODELLEMESĠ .................... 173
Semih ÇAKMAK, Ahmet DOĞAN
HĠDROLOJĠ
EGE BÖLGESĠ YILLIK TOPLAM YAĞIġLARININ ANALĠZĠ ................................................ 189
Cahit YERDELEN, Ömer Levend AġIKOĞLU, Doğangün ÇĠFTLĠK
GELECEKTEKĠ ĠKLĠM DEĞĠġĠKLĠĞĠNĠN FIRAT HAVZASI SU KAYNAKLARINA
ETKĠLERĠ ...................................................................................................................................... 199
Deniz BOZKURT, Ömer Lütfi ġEN
KAYI DERESĠ TAġKIN ÖNLEME YAPISI ................................................................................ 209
Ebru DERNEK, Didem YILMAZER
AġAĞI MERĠÇ NEHĠR YATAĞININ TAġKIN KAPASĠTESĠNĠN ARAġTIRILMASI ........... 219
Emrah DOĞAN, Osman SÖNMEZ
YUKARI FIRAT HAVZASI KAR SUYU POTANSĠYEL TAHMĠNĠ ........................................ 229
Ersin GÖZEL, Ali Arda ġORMAN, Aynur ġENSOY, Egemen YAMANKURT
DEBĠ SÜREKLĠLĠK EĞRĠLERĠNĠN BÖLGESELLEġTĠRĠLMESĠ ............................................ 241
Fatih SAKA, Ömer YÜKSEK, Osman Emre YILDIZ
KIZILIRMAK HAVZASI‘NDA KURAKLIK ANALĠZĠ ............................................................. 253
Gaye OĞUZTÜRK, Osman YILDIZ
SAYISAL HAVA TAHMĠN VERĠSĠ KULLANILARAK GÜNLÜK AKIM TAHMĠNĠ,
YUVACIK HAVZASI ÖRNEĞĠ ................................................................................................... 263
Gökçen UYSAL, Ömer YAVUZ, Aynur ġENSOY, Ali Arda ġORMAN, Türker AKGÜN
Tolga GEZGĠN
GENETĠK ALGORĠTMA KULLANILARAK DOĞRUSAL OLMAYAN MUSKINGUM
TAġKIN ÖTELEME MODELĠNĠN PARAMETRELERĠNĠN BELĠRLENMESĠ ....................... 275
Halil KARAHAN, Gürhan GÜRARSLAN
TÜRKĠYE AYLIK ORTALAMA TAVA BUHARLAġMA MĠKTARLARININ
METEOROLOJĠK VERĠLERLE ĠLĠġKĠLENDĠRĠLMESĠ .......................................................... 287
Hatice ÇITAKOĞLU, Murat ÇOBANER, Tefaruk HAKTANIR, A. Ünal ġORMAN
Alaattin UĞURLU
ii
EKSĠK YAĞIġ VERĠLERĠNĠN ESAS BĠLEġENLER YÖNTEMĠYLE TAHMĠNĠ ....................299
Hızır ÖNSOY, Adem BAYRAM
HĠDROLOJĠK SÜREÇLERDE MEKAN-ZAMAN ÖLÇEK BAĞIMSIZLIĞI
VE ÖZBENZERLĠK .......................................................................................................................307
Ġsmail HALTAġ
ESAS BĠLEġENLER YÖNTEMĠ VE ĠKLĠM BÖLGELERĠNĠN ANALĠZĠ ................................315
Hızır ÖNSOY, Murat Ġhsan KÖMÜRCÜ, Adem BAYRAM
TÜRKĠYE MĠNĠMUM AKIM DEĞĠġKENLERĠNĠN TREND ANALĠZĠ ...................................327
Olgay ġEN, Ercan KAHYA
―MTH YÖNTEMĠ‘‘ HĠDROLOJĠK DEĞĠġKENLERĠN ENTERPOLASYONU .........................337
DOĞU KARADENĠZ HAVZASI AKIM GÖZLEM ĠSTASYONLARININ
HOMOJENLĠK TESTĠ ...................................................................................................................347
Osman Emre YILDIZ, Ömer YÜKSEK, Fatih SAKA, Osman ÜÇÜNCÜ
YAĞIġ VERĠLERĠ VE ―MTH‖ YÖNTEMĠYLE SU POTANSĠYELĠNĠN HESABI ...................361
ORTA FIRAT HAVZASI ĠÇĠN BĠR ATMOSFER-HĠDROLOJĠ MODELLEME SĠSTEMĠ .......375
Ömer Lütfi ġEN
OTOMATĠK BUHARLAġMA-YAĞIġ MĠKTARI ÖLÇÜM SĠSTEMĠ .......................................383
Türkay ONACAK
DOĞU KARADENĠZ TAġKINLARI VE ĠYĠLEġTĠRME ÇALIġMALARI ...............................395
Uğur SERENCAM, Ömer YÜKSEK, Tuğçe ANILAN, Basri ERTAġ
SU KAYNAKLARI
BAYBURT ĠLĠ SU KAYNAKLARI KALĠTE DEĞERLERĠNĠN ARAġTIRILMASI,
KARġILAġILAN PROBLEMLER ÇÖZÜM ÖNERĠLERĠ ...........................................................407
AyĢe MOLLAMAHMUTOĞLU, Melike SEZER
TÜRKĠYE‘DEKĠ YÜZEY SULARININ DURUMU ve KALĠTESĠ .............................................417
Murat AY, Özgür KĠġĠ
SEDĠMENT TAġINIMI
ASKIDA KATI MADDE TAHMĠNĠNDE KULLANILAN AMPĠRĠK MODELLER;
KÜÇÜK MENDERES ÖRNEĞĠ ....................................................................................................429
Aslı ÜLKE, Gökmen TAYFUR, Sevinç ÖZKUL
KURU DERE YATAKLARINDA KATI MADDE HAREKETĠNĠN TAġKINA ETKĠSĠ VE
ELAZIĞ GÜZELYALI TAġKINI ÖRNEĞĠ ..................................................................................443
M. Fatih ÜLGER, Özhan ERDANIġMAN
iii
KOHEZYONLU TABANDA YAN SAVAK ETRAFINDA OLUġAN YEREL OYULMA
DERĠNLĠĞĠNĠN ZAMANLA DEĞĠġĠMĠ ..................................................................................... 453
Fevziye Ayça VAROL, Hayrullah AĞAÇCIOĞLU
HĠDROGRAF ALTINDA TAġINAN TABAN MALZEMESĠ MĠKTARININ
KARARSIZLIK PARAMETRESĠ KULLANILARAK ĠNCELENMESĠ .................................... 463
Gökçen BOMBAR, ġebnem ELÇĠ, Gökmen TAYFUR, M. ġükrü GÜNEY
SEDĠMENT KONTROLÜNDE VETĠVER (Vetiveria zizanioides (L.) Nash) BĠTKĠSĠ ............. 473
Muhammet KILCI, Mehmet SAYMAN, Giyasettin AKBĠN, Salih PARLAK
KARE KESĠTLĠ KÖPRÜ ORTA AYAĞI ETRAFINDA ZAMANLA DEĞĠġEN AKIM
NEDENĠYLE OLUġAN YEREL OYULMALAR ........................................................................ 483
M. ġükrü GÜNEY, AyĢegül ÖZGENÇ AKSOY, Gökçen BOMBAR
COĞRAFĠ BĠLGĠ SĠSTEMĠ
ALMUS BARAJ GÖLÜNDE SICAKLIK, ÇÖZÜNMÜġ OKSĠJEN VE ELEKTRĠKSEL
ĠLETKENLĠK ARASINDAKĠ ĠLĠġKĠNĠN COĞRAFĠ BĠLGĠ SĠSTEMĠ ĠLE
DEĞERLENDĠRĠLMESĠ............................................................................................................... 495
Fatih POLAT, Esin Hande BAYRAK, Semire KALPAKÇI YOKUġ
PERĠ ÇAYI HAVZASININ VE SU POTANSĠYELĠNĠN CBS ĠLEDEĞERLENDĠRĠLMESĠ.... 501
Murat ÇELĠKER, Sedat TÜRKMEN, Ömer Faruk DURSUN
KARADUVAR BÖLGESĠ (MERSĠN) YERALTI SULARINDA GÖRÜLEN AĞIR
METAL KĠRLĠLĠĞĠNĠN ARAġTIRILMASI................................................................................ 513
Volkan KAPLAN, Cüneyt GÜLER, Can AKBULUT
KARLA KAPLI ALAN HARĠTALARININ GÖRÜNTÜ BĠRLEġTĠRME TEKNĠKLERĠ
KULLANILARAK ĠYĠLEġTĠRĠLMESĠ ....................................................................................... 525
YaĢar TEKELĠ, Ahmet Emre TEKELĠ
GENELLEġTĠRĠLMĠġ REGRESYON SĠNĠR AĞLARI KULLANILARAK GÜNLÜK
AKARSU AKIMLARININ MODELLENMESĠ ........................................................................... 537
Zafer Ali SERBEġ, Umut OKKAN
MODELLEME YÖNTEMLERĠ
HAN DERESĠ AKIMLARININ HĠDROLOJĠK ANALĠZĠ .......................................................... 549
Abdulgani FIRAT, Emrah DOĞAN
RĠJĠT BĠR TABAN YAKININDAKĠ BAġLIKLI BĠR BORU HATTI ETRAFINDAKĠ
AKIMIN DENEYSEL VE SAYISAL ĠNCELENMESĠ................................................................ 561
Ahmet Alper ÖNER, M. Salih KIRKGÖZ, M. Sami AKÖZ, Veysel GÜMÜġ
YEREL DEĞĠġEN MĠKROTOPOĞRAFYA, PÜRÜZLÜLÜK VE SIZMANIN TABAKA
AKIMI KĠRLETĠCĠ TAġINIMINA ETKĠSĠ ................................................................................. 575
Gökmen TAYFUR, Zhiguo HE
iv
HALĠÇ‘TE SU AKIMLARININ MATEMATĠK MODELLEMESĠ .............................................583
Tarkan ERDĠK, Necati AĞIRALĠOĞLU, Mehmet ÖZGER, Ali UYUMAZ
ĠSTANBUL BOĞAZI‘NDA TABAKALI VE HOMOJEN AKIM KOġULLARINA AĠT
KRĠTĠK SU SEVĠYESĠ FARKI KOġULLARININ MODELLENMESĠ ......................................603
Mehmet ÖZTÜRK, Berna AYAT, Burak AYDOĞAN, Yalçın YÜKSEL
KAPAK KONTROLLÜ GENĠġ BAġLIKLI SAVAK AKIMININ DENEYSEL VE
SAYISAL MODELLENMESĠ .......................................................................................................611
M. Salih KIRKGÖZ, M. Sami AKÖZ, Veysel GÜMÜġ, A. Alper ÖNER
KÖPRÜ MEMBASINDA MEYDANA GELEN KABARMALARIN 3-BOYUTLU
SAYISAL MODEL ĠLE BELĠRLENMESĠ....................................................................................625
Selahattin KOCAMAN, Galip SEÇKĠN, Kutsi S. ERDURAN
SAZLIDERE HAVZASI‘NIN HĠDRODĠNAMĠK MODELĠ ........................................................635
Sezar GÜLBAZ, Cevza Melek KAZEZYILMAZ ALHAN
HĠDROLOJĠK MODELLEMEDE YÜZEY SUYU YERALTI SUYU
ETKĠLEġĠMLERĠNĠN ÖNEMĠ......................................................................................................649
Uğur BOYRAZ, Cevza Melek KAZEZYILMAZ ALHAN
VALĠDE SULTAN KÖPRÜSÜNÜN HALĠÇ ÜZERĠNDE HĠDROLĠK AÇIDAN EN
UYGUN YERĠNĠN SEÇĠMĠ ..........................................................................................................661
Tarkan ERDĠK, Necati AĞIRALĠOĞLU, Mehmet ÖZGER, Ali UYUMAZ
HĠDROELEKTRĠK POTANSĠYEL
TÜRKĠYE‘NĠN HĠDROELEKTRĠK ENERJĠ POTANSĠYELĠ VE HĠDROELEKTRĠK
SANTRAL ÇALIġMALARI ..........................................................................................................687
Aslıhan DOĞRUYOL, Salih BABAGĠRAY
BÜYÜK MENDERES VE BATI AKDENĠZ HAVZALARINDA ĠNġA EDĠLEN
HĠDROELEKTRĠK SANTRALLERĠN SORUNLARI VE ÇÖZÜM YOLLARI ÜZERĠNE
BĠR ÇALIġMA ...............................................................................................................................697
Cengiz KOÇ, Mesut KOÇAK, Ebru YILMAZ
TÜRKĠYE‘NĠN DOĞU KARADENĠZ HAVZASINDA YER ALAN KÜÇÜK ÖLÇEKLĠ
HĠDROELEKTRĠK SANTRALLERĠN EKONOMĠK VE EKOLOJĠK ETKĠLERĠ .....................709
Egemen ARAS
TÜRKĠYENĠN ENERJĠ DURUMU VE HES PLANLAMASI .....................................................723
HĠDROELEKTRĠK ENERJĠ KAZANCININ ENERJĠ BĠRĠM FĠYATLARI VE ĠSKONTO
ORANINA DUYARLILIĞI ÜZERĠNE BĠR ÇALIġMA ...............................................................733
Tefaruk HAKTANIR, Murat ÇOBANER, Hatice ÇITAKOĞLU, Gamze C. ERĠNÇ
Hami YÜKSELEN
KÜÇÜK HES TASARIMINDA DEBĠ SÜREKLĠLĠK EĞRĠSĠNE OLASILIKÇI
YAKLAġIM....................................................................................................................................751
Bihrat ÖNÖZ, Volkan BĠRĠNCĠ
v
SU YÖNETĠMĠ
YERALTISUYU HĠDROLĠĞĠNĠN ĠġLETME EKONOMĠSĠNE ETKĠLERĠ .............................. 765
Ahmet Hamdi SARGIN
DSĠ TARAFINDAN ĠNġAA EDĠLEN DEPOLAMALI VE DEPOLAMASIZ SULAMADRENAJ ġEBEKELERĠNĠN HEKTAR MALĠYETLERĠNĠN DEĞERLENDĠRĠLMESĠ .......... 773
Erdoğan DOĞAN
AKGEDĠK BARAJI‘NIN SULAMA VE ĠÇMESUYU AMAÇLI OLARAK YENĠDEN
PLANLANMASI ........................................................................................................................... 791
Hasan Gürhan ÜSTÜN, Hilmi UYAN, Özgür ULUSOY, Sibel ALAN, Uğur ALAY
Aslı Erdenir SILAY, Sayit KOÇ, Zekeriya ALġAN, Kemal Yavuz KERPĠġÇĠ
Yusuf BĠNĠCĠ, Özgür Murat KARACA
ĠBERYA YARIMADASI‘NDA ( ĠSPANYA-PORTEKĠZ ) SU YÖNETĠMĠ VE TÜRKĠYE
ĠLE KARġILAġTIRILMASI ......................................................................................................... 803
Sabri ġENER
SU KALĠTESĠ
HARġĠT ÇAYINDA (GĠRESUN - TĠREBOLU) KUM - ÇAKIL OCAĞI
ĠġLETMELERĠNĠN SU KALĠTESĠNE ETKĠLERĠNĠN ĠNCELENMESĠ ................................... 813
Adem BAYRAM, Hızır ÖNSOY
GÜNEYDOĞU ANADOLU BÖLGESĠ‘NDEKĠ SU KAYNAKLARINDA PETROL
KĠRLĠLĠK RĠSKĠNĠN ARAġTIRILMASI .................................................................................... 823
Z. Fuat TOPRAK, Gülay YALÇIN BAYAR, Orhan KAVAK
Abdurrahman SAYDUT, Orhan ARPA, Nizamettin HAMĠDĠ
GÖRDES BARAJI BOYA (URANĠN –RODAMĠN) ĠZLEME DENEYLERĠ ............................ 835
Nurettin PELEN, Uğur AKDENĠZ, Lütfi Gür KÖKSAL, Müfit ġefik DOĞDU
ATLANTI VE ILGIN OVALARI SULAMASI ĠÇĠN SULAMA SUYU KALĠTESĠNĠN
ĠNCELENMESĠ ............................................................................................................................. 851
Zeynep Kübra DÖNMEZ, Erol PEHLĠVAN
ÖZEL OTURUMLAR
MANĠSA AKSELENDĠ OVASINDA POTANSĠYEL RÜZGÂR EROZYONU
TEHLĠKESĠNĠN DAĞILIMI ĠLE KUMULLARIN OLUġUM NEDENLERĠ
HARAKETLERĠ VE ETKĠLERĠ................................................................................................... 865
Alaettin TAYSUN, Nejat ÖZDEN, Kezban ġAHĠN TAYSUN, Mustafa OKUR
8000 YILDAN BU YANA TÜRKĠYE‘DE SU UYGARLIĞI ...................................................... 879
Mehmet BĠLDĠRĠCĠ
BARAJLARDA DEPREM RĠSKĠ ................................................................................................. 887
Özcan DALKIR
vi
BARAJ HAVZALARINDA YANGIN SONRASINDA OLUġABĠLECEK VE
TAġINABĠLECEK KÜL MĠKTARLARININ BELĠRLENMESĠ VE
OLUġTURABĠLECEĞĠ ETKĠLER................................................................................................903
Salih PARLAK
SU VE MÜHENDĠSLĠĞĠ HEDEFLERĠ ........................................................................................915
Necati AĞIRALĠOĞLU
ĠSTANBUL ULUSLARARASI SU FORUMU‘NUN TEMATĠK SÜRECĠNĠN
SU MÜHENDĠSLĠĞĠ AÇISINDA DEĞERLENDĠRĠLMESĠ .......................................................939
Hamza ÖZGÜLER
BARAJ HAZNELERĠNĠN TABANINDA BULUNAN KĠRLETĠCĠLERĠN SU
KALĠTESĠNE ETKĠSĠNĠN ZEMĠN SU KOLONU ETKĠLEġĠM MODELĠYLE
DEĞERLENDĠRĠLMESĠ ...............................................................................................................943
ġebnem ELÇĠ, Sinem Elif ġĠMġEK
BARAJLARIN SU KALĠTESĠNE ETKĠLERĠNĠN ĠNCELENMESĠ:
TORUL BARAJI ÖRNEĞĠ (HARġĠT ÇAYI - GÜMÜġHANE) ...................................................957
Adem BAYRAM, Hızır ÖNSOY
KĠTAPTA BĠLDĠRĠSĠ OLAN YAZARLAR .................................................................................971
vii
“5. Ulusal Su Mühendisliği Sempozyumu”
“12-16 Eylül 2011 İSTANBUL”
KOHEZYONLU TABANDA YAN SAVAK ETRAFINDA OLUġAN YEREL
OYULMA DERĠNLĠĞĠNĠN ZAMANLA DEĞĠġĠMĠ
Fevziye Ayça VAROL
Yıldız Teknik Üniversitesi, ĠSTANBUL
[email protected]
Hayrullah AĞAÇCIOĞLU
[email protected]
ÖZET
Bu çalıĢmada, kohezyonlu tabanlı küçük eğimli kanaldaki yan savağın oyulma özellikleri ve
oyulma derinliklerine etkisinin belirlenmesi amaçlanmıĢtır. Deneyler kohezyonlu tabanda, nehir
rejimi Ģartlarında ve keskin kenarlı savak için memba Froude sayısının 0.33-0.81 aralığında
gerçekleĢtirilmiĢtir. Deneylerde koheziv taban kil malzeme ile %31 oranında kumun
karıĢtırılmasıyla hazırlanmıĢtır. Oyulma derinliğinin zamanla değiĢimi de incelenmiĢtir. Oyulma
derinliği Hd‘nin zamana bağlı olarak lineer arttığı ve belli bir süre sonra asimptota yaklaĢarak
denge konumuna yaklaĢtığı belirlenmiĢtir. Yan savak etkisinde oluĢan oyulma çukurunun
memba tarafının neredeyse dik olduğu görülürken mansap tarafının eğimli olduğu görülmüĢtür.
Anahtar Kelimeler: Yan savak, kohezyonlu taban, temiz su oyulması.
THE TIME VARIATION OF LOCAL SCOUR AROUND THE SIDE WEIR ON
COHESIVE BED MATERIAL
ABSTRACT
This study aims to determine the effect of the side weir on cohesive bed in horizontal channel to
the flow-scour characteristics and scour depth. The experiments were carried out in five different
upstream Froude numbers in the range of 0.33- 0.81 for the sharp crested side weir on the
cohesive bed and subcritical flow conditions. In experiments the cohesive bed was prepared by
properly mixing clay material with %31sand. The variation of scour depth with time was also
investigated. Scour depth Hd linearly increased with time and they almost reached the
equilibrium scour, asymptotically. For different heights of the weir crest, dimensionless scour
depths increased with increasing upstream Froude number. While upstream side of the scour
hole which occurred under the influence of the side weir is almost vertical, the downstream side
of the hole is inclined.
Keywords: Side weir, cohesive bed, clear water scour.
453
1.GĠRĠġ
Yan savaklar, herhangi bir kanaldan ihtiyaç duyulan debinin temini veya fazla suyun
uzaklaĢtırılması için sulama, arazi drenajı ve kanalizasyon sistemlerinde yaygın olarak
kullanılmaktadır. Kararlı kesitli doğrusal veya kıvrımlı kanallara yerleĢtirilen yan savaklarla
ilgili çok sayıda çalıĢma bulunmaktadır. Literatür incelendiğinde bu çalıĢmaların çoğunun yan
savak debi katsayısı ve yan savak akım yapısının tayini ile ilgili olduğu görülür.
Taban malzemelerinde meydana gelen oyulma ile ilgili çalıĢmaların çoğunluğu kohezyonsuz
malzeme tabanlı kanallar için yapılmıĢtır. Kohezyonlu malzemenin davranıĢı yapılan
çalıĢmalarla artık belirlendiğinden günümüzde kohezyonlu tabanda meydana gelen oyulma
üzerine yoğunlaĢılmıĢtır. Yapılan çalıĢmalarla kohezyonlu malzemede oyulmayı etkileyen birçok
fiziksel ve kimyasal faktörler olduğu belirlenmiĢtir.
Kohezyonlu malzeme yataklı akarsular üzerine yerleĢtirilen yan savakların etrafında meydana
gelen taban topografyasındaki değiĢim ve oyulma problemi ile ilgili literatürde sınırlı sayıda
çalıĢma bulunması sebebiyle tam bir kuramsal temel oluĢmamıĢtır. Bu nedenle, kohezyonlu
taban malzemesine sahip kanal ve akarsu yataklarında sıkça karĢılaĢılan oyulma problemlerinin
aydınlatılmasına ihtiyaç duyulmaktadır.
2.YAN SAVAK AKIMI
Yan savak kreti genellikle ana kanal eksenine paralel veya belli bir açı yapacak Ģekilde
yerleĢtirilir. Yan savak olarak genellikle dikdörtgen, üçgen, dairesel veya trapez kesitler
kullanılmaktadır (Ağaçcıoğlu H.,1995). Farklı savak tiplerinin her birinin hidrolik davranıĢı
birbirinden farklıdır. YerleĢtirme yapılırken kullanılacak olan yan savak tipi, kanal en kesiti
veyerleĢtirme açısı savaklanacak debinin miktarını değiĢtirmektedir. Bu sebeple, her bir
savaktipinin akım özelliklerini ayrı ayrı incelemek gerekmektedir. (Emiroğlu M.E. vd., 2009)
Yan savaklar ile ilgili ilk gerçekçi yaklaĢımı De Marchi (1934) tarafından ortaya konmuĢtur. De
Marchi (1934) yan savakların birim uzunluğundan savaklanan debi için ;
3
dQ
dQ

 Cd 2 g h  p  2
dx
dx
(1)
ifadesini vermiĢtir. Burada dQ/dx, savağın dx uzunluğundan savaklanan debi (m3/s/m), -dQ/dx,
ana kanaldan savağın dx uzunluğundan savaklanarak azalan debi (m3/s/m), Cd , yan savak debi
katsayısı, g yerçekimi ivmesi (m/s2), h, dikdörtgen en kesitli ana kanaldaki su derinliği (m), p,
yan savak eĢik yüksekliği (m) olarak verilmiĢtir (ġekil 1).
ġekil 1‘de h1, yan savak membasında ana kanal eksenindeki su derinliği (m), h2 yan savak
mansabında ana kanal eksenindeki su derinliği (m), h herhangi bir kesitteki su derinliği (m), Q 1
ana kanaldaki debi (m3/s), Q2 yan savaktan sonraki ana kanal debisi (m3/s), Qw , yan savaktan
savaklanan toplam debi (m3/s), V1 yan savak membasında ortalama akım hızı (m/s), V2 yan
savak mansabında ortalama akım hızı (m/s), Vs yan savaktan savaklanan akım hızı (m/s), b, ana
kanal geniĢliği (m), L, yan savak uzunluğu (m),  savaklanma (sapma) açısı, p, yan savak kret
yüksekliği (m), x, yan savağın herhangi bir noktasının yan savak baĢlangıcına olan mesafesi
olarak verilmiĢtir.
454
Yan savakların debi katsayısı, su yüzü profilleri ve oluĢan sekonder yapısı ile ilgili hem teorik
hem de deneysel birçok çalıĢma mevcuttur. Su yüzü profilleri ile ilgili çalıĢan Engels (1920)
birçok araĢtırmacıya temel olan araĢtırmalarda bulunmuĢlardır.
ġekil 1. Yan savak akımının planı ve kesiti (Ağaçcıoğlu, 1998).
Kohezyonlu malzemeye yerleĢtirilen yapı etrafında meydana gelen oyulma ile ilgili olarak
Hosny,(1995), Molinas vd. (1998) ve (1999), Ansari vd.(2002), Molinas A. (2003)ve Debnath ve
Chaudhuri, (2010 ) çalıĢmıĢlardır.
Ağaçcıoğlu (1995), yan savak boyunca mansaba doğru gidildikçe savaklanmadan dolayı ana
kanaldaki akımın yavaĢlayarak kinetik enerjisinin azaldığı, yan savağa doğru yanal akımdan
kaynaklanan sekonder akımın Ģiddetlenerek yan savağın ilk yarısı sonunda ayrılma bölgesi,
ikinci yarısında ise ters akımın meydana geldiğini belirtmiĢtir (ġekil 2).
ġekil 2. Yan savak boyunca durgunluk bölgesi ve ters akım (Ağaçcıoğlu, 1998)
Önen F.,(2004) kohezyonsuz malzeme tabanlı bir kanalda, nehir rejimli akım Ģartlarında ve
serbest savaklanma durumunda dikdörtgen kesitli ve keskin kenarlı yan savaklarda yaptığı
deneylerle hem doğrusal kanalda hem kıvrımlı kanalda temiz su oyulması ve hareketli taban
oyulması hallerinde Hd/p‘nin V1/Vkr ile değiĢimini deneysel olarak incelemiĢtir. Doğrusal kanal
455
ve kıvrımlı kanalda temiz su oyulmasında oyulma derinliği Hd‘nin zamana bağlı olarak lineer
arttığı ve belli bir süre sonra asimptota yaklaĢarak denge konumuna yaklaĢtığı belirlenmiĢtir.
Hem doğrusal kanalda hem de kıvrımlı kanalda h1/p, V1/Vkr ‗e bağlı olarak oyulma derinliği
denge zamanının %10‘unda denge oyulma derinliğinin %40-70‘ine ve denge zamanının %50
sinde ise denge oyulma derinliğinin %90-95‘ine ulaĢtığı tespit edilmiĢtir. Bu çalıĢma da Vkr,
taban malzemesinin harekete baĢladığı kritik hız olarak tarif edilmiĢtir.
Ağaçcıoğlu H.vd. (2007) çalıĢmalarında 1800 eğrilikli kıvrımlı bir alüviyal kanalda kıvrımın 300
kesitindeki yan savak etrafında temiz su oyulmasıyla oluĢan derinlikleri deneysel olarak
incelemiĢler ve maksimum oyulma çukurunun yerinin yan savak kesitinin mansabında olduğu ve
V1/Vkr değeri arttıkça mansaba doğru ilerlediği belirlenmiĢtir.
3.DENEY SĠSTEMĠ
ÇalıĢma kapsamında deneyler Yıldız Teknik Üniversitesi ĠnĢaat Mühendisliği bölümü Hidrolik
ve Kıyı-Liman laboratuarında bulunan dikdörtgen en kesitli 1800‘lik kıvrımlı kanalda
gerçekleĢtirilmiĢtir. Mevcut kanal 0.90m geniĢliğinde ve 0.60m yüksekliğinde alüminyum
tabanlıdır. Ana kanalın geniĢliği 0.40m ve toplama kanalı geniĢliği 0.5m olacak Ģekilde birbirine
paralel iki kanaldan oluĢmaktadır. Ġhtiyaç duyulan su bodrum katta bulunan büyük depodan
pompa vasıtasıyla zemin kattaki ana depoya basılmıĢtır. Ana depodaki fazla su dolu savaktan
savaklanarak bir by-pass borusundan tekrar büyük depoya döndürülmüĢtür. Bu dönüĢüm
sırasında ana depodaki su yüksekliği sabit tutulmuĢtur. Ana depodan üzerinde bir vana bulunan
boru vasıtasıyla istenilen miktarda sabit debi deney kanalını besleyen dinlendirme havuzuna
alınmıĢtır.
Kanalın baĢındaki dinlendirme havuzu 2.5x1.0x0.7 m boyutlarında olup ana depodan gelen suyu
deney kanalına iletmektedir. Dinlendirme havuzuna dökülen suyu sakinleĢtirmek için havuzun
içine delikli ızgara ve tuğla yerleĢtirilmiĢtir. Deney kanalının planı ġekil 3‘de verilmiĢtir.
ġekil 3. Deney kanalının planı
456
Dinlendirme havuzunun sonunda ise üst geniĢliği 0.7 m olan üçgen bir ölçüm savağı
bulunmaktadır. Ana kanala verilen debinin ölçülmesinde kullanılan bu savağın tepe noktasının
havuz tabanından yüksekliği 0.24m dir. Savak yükünün ölçülmesi için üçgen savaktan 0.35 m
geriye sabit bir limnimetre yerleĢtirilmiĢtir. Üçgen savaktan savaklanarak kanala akan su 2x0.90
m boyutlarında ikinci bir dinlendirme havuzunda sakinleĢtirilmiĢtir. Bunun için havuzun ortasına
ve mansabına birer delikli perde yerleĢtirilmiĢtir.
Proje kapsamında yapılan deneylerde taban malzemesi olarak kullanılan kohezyonlu malzemenin
(kaolin kili) özellikleri Yıldız Teknik Üniversitesi ĠnĢaat Mühendisliği Bölümü Geoteknik
Laboratuarında yapılan deneylerle belirlenmiĢtir. Bu kapsamda deneylerde kullanılan killi zemin
malzemesi üzerine kıvam deneyleri, hidrometre, mukavemet deneyleri (üç eksenli, serbest
basınç, CBR, düĢen koni ile kompaksiyon deneyleri gerçekleĢtirilmiĢtir. Yapılan deneylere göre
kaolin kilinin plastik limit (wP) değeri %21.3 olarak hesaplanmıĢtır. Kıvam limitleri ve
granülometri sonuçlarına göre; birleĢtirilmiĢ zemin sınıflandırma sistemine göre (USC), CL
(düĢük plastisiteli inorganik killer ve siltli killer) olduğu belirlenmiĢtir. Diğer bir sınıflandırma
türü AASHTO zemin sınıflandırma sistemine göre yapılan sınıflandırmada ise A4 (siltli
zeminler) grubunda yer almıĢtır.
4.DENEYSEL ÇALIġMA
Bu çalıĢma 14 m lik doğrusal yaklaĢım kanalı üzerine yerleĢtirilen yan savak üzerinde
gerçekleĢtirilmiĢtir. Yan savak doğrusal kanalın baĢındaki ızgaranın 8 m mansabına
yerleĢtirilmiĢtir. Kohezyonlu malzeme yan savağın merkezinden yaklaĢık 1.5‘ar m menba ve
mansabında olacak Ģekilde toplam 3 m‘lik kesite serilmiĢtir. Taban malzemesinin yerleĢtirileceği
kesitin giriĢine ve çıkıĢına 1/10 eğimli plakalar yerleĢtirilerek akımın bozulması engellenmiĢtir.
Bu iki eğimli plaka arasına 2.5-3cm kalınlığında kum serilerek konsolidasyon sırasında filtre
görevi görmesi sağlanmıĢtır.Yine filtre amacıyla kum taban altına ve üzerine geotekstil
yerleĢtirilmiĢtir (ġekil 4).
ġekil 4. Deney Sistemi Kesiti
Tabana serilecek olan kohezyonlu malzemenin kum muhtevası kilin kuru ağırlığının % 31‘i
olarak belirlenmiĢtir. KarıĢıma suya doygun hale getirilecek kadar su eklenmiĢ ve bir varil içinde
mikser yardımıyla iyice karıĢtırılarak hazırlanmıĢtır. Hazırlanan taban malzemesinden her
seferinde numune alınarak baĢlangıç su muhtevası belirlenmiĢtir. Yapılan deneylerde baĢlangıç
su muhtevası %20±2 olarak ölçülmüĢtür. Taban malzemesi kanala tabakalar halinde mala
yardımıyla serilmiĢtir. En üst tabaka mala ile düzeltildikten sonra üzerine geotekstil ile örtülüp,
üzerine plakalar ve ağırlıklar yerleĢtirilerek belirlenen sürelerde konsolidasyonu sağlanmıĢtır.
Malzeme, bütün deneylerde konsolidasyon süresi boyunca 216 kg/m2‘lik basınca maruz
kalmıĢtır.
457
Ana kanal taban eğimi % 0.1‘dir. Deneyler nehir rejimli ve kararlı akım Ģartlarında
gerçekleĢtirilmiĢtir. Deney sırasında birer saatte bir oyulma derinliği ölçülmüĢ, ölçülen son 4 saat
değeri arasındaki fark 1mm‘den az olana kadar devam ettirilmiĢtir.
5.DENEYSEL ÇALIġMA SONUÇLARI VE DEĞERLENDĠRME
Kohezyonlu tabanda yapılan deneylere öncelikle tamamen kil olan malzeme ile baĢlanmıĢ ve
nehir rejimi Ģartlarında deney sistemi çalıĢtırılmıĢ ancak deney sisteminin elverdiği maksimum
akım hızlarında bile oyulma görülmemiĢtir. Daha sonra kil içerisindeki kum muhtevası
arttırılarak deneylere devam edilmiĢtir. %5-7.5 gibi küçük kum muhtevalarında da deney süreleri
uzun olmasına rağmen nehir rejimi Ģartlarında yine oyulma derinlikleri ölçülememiĢtir. Taban
malzemesi %31 kum muhtevası içerdiğinde ve nehir rejimi Ģartlarında yan savaktan dolayı
oluĢan oyulma derinlikleri ölçülmüĢtür. YerleĢtirilen malzemenin daha düĢük basınçlara maruz
kaldığı deneylerde; aynı sürede konsolidasyon sağlansa bile savak önündeki oyulmanın çok
çabuk bir Ģekilde gerçekleĢtiği ve tabana ulaĢtığı görülmüĢtür. Deney sisteminde 19.5, 21.5, 24,
27 ve 30 saatlik konsolidasyon süreleri ile deneyler yapılmıĢ 24 saat hariç bütün periyotlarda
oyulmanın en fazla 5 saatte tabana ulaĢtığı görülmüĢtür. Bunun üzerine deney sistemi için en
uygun konsolidasyon süresi 24 saat olarak belirlenmiĢtir. Bütün deneylerde yeniden hazırlanan
tabanın kayma mukavemeti Veyn Kesme Aleti ile ölçülmüĢtür.
Deneyler sonucunda oluĢan oyulma çukurunun menba tarafının neredeyse dik olduğu
görülürken, mansap tarafının daha küçük eğimli olduğu görülmüĢtür. Oyulma çukuru oluĢurken
çukurun savak boyunca olan boyutu zamanla belirgin olarak artmıĢ, savağa dik olan boyutunun
zamanla çok az arttığı en fazla 1-2 saatlik deney sürelerinde dengeye geldiği görülmüĢtür.
Savak geniĢliğinin 25cm, savak kret yüksekliğinin 7 cm ve akımın Froude sayısı 0.35 olduğu
deney için boyutsuz oyulma derinliğinin zamanla değiĢimi ġekil 5‘te, oluĢan oyulma profilinin
görünümü ġekil 6 ve ġekil 7‘de verilmiĢtir. Bu deneyde sistemin debisi 52.61 lt/s, su derinliği 24
cm ve akım hızı 0.548 m/s dir. 24 saat konsolidasyon süresi ve %31 kum muhtevası ile
hazırlanan malzemenin baĢlangıç su muhtevası %20.14 tür.
ġekil 5. Savak geniĢliği 25 cm, savak kret yüksekliği 7 cm ve Fr=0.35 için oyulma derinliğinin
zamanla değiĢimi.
458
ġekil 6. L=25 cm ,p=7 cm ve Fr=0.35 için oluĢan oyulma profili.
ġekil 7. L=25 cm ,p=7 cm ve Fr=0.35 için oluĢan oyulma profilinin üstten görünüĢü.
ġekil 5‘te boyutsuz oyulma derinliğinin zamanla arttığı, 10.saatten sonra dengeye geldiği
görülmektedir. Resimlere bakıldığında savak geniĢliği 25 cm ve savak yüksekliğinin 7 cm
olduğu deneyde oyulma çukurunun savağın menba kısmında oluĢtuğu görülmektedir.
Savak geniĢliğinin 50cm, savak kret yüksekliğinin 10 cm ve akımın Froude sayısı 0.81 olduğu
deney için boyutsuz oyulma derinliğinin zamanla değiĢimi ġekil 8‘de verilmiĢtir. Bu deneyde
sistemin debisi 90.48 lt/s, su derinliği 20 cm ve akım hızı 1.13 m/s dir. 24 saat konsolidasyon
süresi ve %31 kum muhtevası ile hazırlanan malzemenin baĢlangıç su muhtevası %18.77 dir.
Savak geniĢliği ve savak yüksekliğine bakılmaksızın oyulmanın büyük kısmının ilk 4 saatte
oluĢtuğu görülmektedir. Boyutsuz oyulma derinliği bu süreden sonraki zamanlarda fazla
artmadan dengeye yaklaĢtığı grafiklerden görülmektedir.
459
ġekil 8. Savak geniĢliği 50 cm, savak kret yüksekliği 10 cm ve Fr=0.81 için oyulma derinliğinin
zamanla değiĢimi
Özellikle akım hızlarının küçük olduğu deneylerde oyulma çukuru içine kum birikmesi
dolayısıyla bazı deneylerde ölçülen oyulma derinliğinin azalıp denge oyulma derinliğine ulaĢtığı
belirlenmiĢtir. (ġekil 9) Akımın oluĢturulan farklı Froude sayılarında oyulma derinliğinin
değiĢimini belirleyebilmek için yapılan deneylerden savak geniĢliği 25 cm, savak kret yüksekliği
12 cm için ġekil 9‘da verilmiĢtir.
ġekil 9. L=25, p=12 cm için farklı Froude sayılarında boyutsuz oyulma derinliği
Savak kret yüksekliği 12 cm olduğunda; Froude sayısı arttıkça boyutsuz denge oyulma
derinliğinin arttığı, bütün Froude sayılarında en fazla 6. saatten sonra dengeye geldiği
görülmektedir.
460
Tsujimato ve Mızukami (1985) yaptıkları araĢtırmada temiz su oyulması halinde oyulma
derinliğinin zamanla arttığını ve belirli bir zamandan sonra asimptot olarak devam ettiğini tespit
etmiĢlerdir. Ayrıca Yanmaz ve Altınbilek (1991), temiz su oyulması için köprü ayaklarında
deneylerini 240-300 dakika aralığında yapmıĢlar ve bu süreler sonunda denge oyulma
derinliğinin zamana bağlı olarak asimptotik olarak devam ettiğini belirtmiĢlerdir. Ek olarak
denge zamanının %33 ile %67'lik kısımlarında denge oyulma derinliklerinin %87 ile %95'lik
kısmına ulaĢıldığını belirtmiĢlerdir.
Oyulma derinliğinin (Hd) denge oyulma derinliğine (Hde) oranı olarak belirtilen boyutsuz oyulma
derinliği ile ölçümlerin alındığı zamanın (t) denge derinliğe ulaĢtığı zamana (te) oranı ile elde
edilen boyutsuz zamana göre çizilen ġekil 10 incelendiğinde, diğer çalıĢmaların sonuçlarına
paralel sonuçlar elde edildiği görülmektedir. Rölatif oyulma derinliğinin yaklaĢık %60-70‗inin
boyutsuz olan t / te‘nin 0.2-0.8 aralığında meydana geldiği görülmüĢtür
ġekil 10. Rölatif Oyulma derinliğinin zamanla değiĢimi
6.SONUÇLAR
Yapılan çalıĢma sonucunda elde edilen sonuçlar aĢağıda özetlenmiĢtir:
Yan savak etkisinde oluĢan oyulma çukurunun menba tarafının neredeyse dik olduğu görülürken,
mansap tarafının eğimli olduğu görülmüĢtür.
Oyulma çukuru oluĢurken çukurun savak boyunca olan boyutu zamanla belirgin olarak artarken,
savağa dik olan boyutunun zamanla çok az arttığı en fazla 1-2 saatlik deney sürelerinde dengeye
oturduğu görülmüĢtür.
Froude sayısı arttıkça boyutsuz denge oyulma derinliğinin arttığı görülmüĢtür.
Ayrıca yan savak civarındaki oyulma derinliği Hd‘nin zamana ve Fr sayısına bağlı olarak lineer
arttığı ve belli bir süre sonra asimptota yaklaĢarak denge konumuna ulaĢtığı belirlenmiĢtir.
Rölatif oyulma derinliğinin yaklaĢık %60-70‗inin boyutsuz olan t / te‘nin 0.2-0.8 aralığında
meydana geldiği görülmüĢtür.
461
KAYNAKLAR
1. Ağaçcıoğlu H., ―Yan Savaklardaki Akımın Kıvrımlı Bir Kanal Boyunca Ġncelenmesi‖,
Doktora Tezi, YTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü, Ġstanbul, 1995.
2. Ağaçcıoğlu H., Yüksel Y., ―Side Weir Flow in Curved Channels‖, Journal of Irrigation
Drainage Engineering, 124(3),163-175, May/June 1998.
3. Ağaçcıoğlu H., Önen F. Ve Toprak Z.F., ―Scour Around a Sıde-weır at a 300 section of a 1800
alluvial curved channel‖, Journal of Irrigation Drainage Engineering, 56; 423-438, 2007.
4. Ansari S.A., Kothyarı U.C. ve Ranga Raju K.G., ‖ Influence of cohesion on scour around
bridge piers‖, Journal of Hydraulıc Research, vol. 40, no. 6, 2002.
5. Debnath, K., Chaudhuri,S., ―Laboratory experiments on local scour around cylinder for clay
and clay–sand mixed beds‖, Engineering Geology, doi:10.1016/j.enggeo.2009.12.003.,2010.
6. De Marchi ,G., ―Saggio di teoria de funzionamente delgi starmazzi laterali‖, L‘ Energia
Elettrica, Milano, 11, 849-860,1934.
7. Emiroğlu M.E., Kaya N. ve Ağaçcıoğlu H., ―Labirent Yan Savaklar‖, IV. Ulusal Su
Mühendisliği Sempozyumu, 43-57, Ġstanbul, 6-10 Temmuz 2009.
8. Engels, H., ―Mitteilungen aus der Dresdener Flussbaulaboratorium Weiten‖ 362-365, 387390, 1920.
9. Hosny, M., ―Experimental Study of Scour Around Circular Piers in Cohesive Soils‖, Ph.D.
Dissertation, Civil Engineering Department, Colorado State University, Fort Collins, CO, 177
pp.,1995
10. Molinas, A., Hosny, M., and Jones, S. ,. Pier Scour in Montmorillonite Clay Soils,
Proceedings of the 1998 International Water Resources Engineering Conference, American
Society of Civil Engineers, Vol. 1, pp 292-297,1998.
11. Molinas, A., Jones, S. and Hosny, M. . Effects of Cohesive Material Properties on Local
Scour Around Piers, Journal of the Transportation Research Board, Transportation Research
Record, No. 1690, National Academy Press, pp. 164-175,1999.
12. Molinas A., ―Brıdge scour ın nonunıform sedıment mıxtures and ın cohesıve materıals:
synthesıs report‖, Publication No. FHWA-RD-03-083, Federal Highway Administration, U.S.
Department of Transportation, McLean, Virginia, 2003.
13. Önen F., ―Hareketli Tabanlı Akarsularda Yanal Akımın Hidrodinamiğinin Ġncelenmesi‖,
Doktora Tezi, YTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü, Ġstanbul, 2004.
14. Tsujimoto, T. ve Mizukami T. ―Effect of Migration to Local Scour Around a Bridge Pier‖,
Memoirs, Faculty of Tecnology, Kazanawa University, Vol 19,No:1, pp 23-34, 1985.
15. Yanmaz ,A.M., ve Altınbilek H.D., ―Study of Time -Depended Local Scour Around Bridge
Piers‖, Journal of Hydraulics Engineering, ASCE,117 (10), 1247-1267,1991.
462
“V. Ulusal Su Mühendisliği Sempozyumu”
HĠDROGRAF ALTINDA TAġINAN TABAN MALZEMESĠ MĠKTARININ
KARARSIZLIK PARAMETRESĠ KULLANILARAK ĠNCELENMESĠ
Gökçen BOMBAR
Dokuz Eylül Üniversitesi, ĠnĢaat Mühendisliği Bölümü, ĠZMĠR
[email protected]
ġebnem ELÇĠ
Ġzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü, ĠnĢaat Mühendisliği Bölümü, ĠZMĠR
[email protected]
Gökmen TAYFUR
[email protected]
M. ġükrü GÜNEY
Dokuz Eylül Üniversitesi, ĠnĢaat Mühendisliği Bölümü, ĠZMĠR
[email protected]
ÖZET
Bu çalıĢmada, taban malzemesi ünform ve D50 = 4,8 mm olan kumdan oluĢan bir kanalda
simetrik üçgen Ģekilli hidrograflar ile dokuz, simetrik trapez Ģekilli hidrograf ile iki adet deney
gerçekleĢtirilerek taĢkın hidrograflarının oluĢturduğu katı madde hareketi deneysel ve teorik
olarak araĢtırılmıĢtır. Deneyler 18,6 m uzunluğunda, 80 cm geniĢliğinde, 75 cm yüksekliğinde ve
taban eğimi 0,005 olan bir kanalda gerçekleĢtirilmiĢtir. Debi, pompaya bağlı bir hız kontrol
cihazı ile ayarlanarak istenilen hidrograf tipi üretilebilmiĢtir. Kanalda hızın zamana bağlı
değiĢimi UVP ile ölçülmüĢtür. TaĢınan katı madde kanal mansabında bulunan sepetler ile belli
aralıklarda toplanarak, kurutulmuĢ ve tartılmıĢtır. Deneysel bulgular literatürde verilmiĢ olan
karasızlık parametreleri kullanılarak incelenmiĢtir. Ancak sonuçlar mevcut kararsızlık
parametrelerinin yetersiz kaldığını göstermiĢ ve bu çalıĢmada hidrografın yükselme süresine
iliĢkin net ivmelenmenin kararsızlık olayı üzerindeki etken faktör olduğu bulgusundan hareket
edilerek yeni bir kararsızlık parametresi önerilmiĢ ve sonuçlar tartıĢılmıĢtır.
Anahtar Kelimeler: Taban malzemesi taĢınımı, kararsız akım, kararsızlık parametresi.
STUDY OF THE RATE OF BEDLOAD TRANSPORT DUE TO HYDROGRAPH BY
USING UNSTEADINESS PARAMETERS
ABSTRACT
The dynamic behavior of bedload sediment transport under unsteady flow conditions is
experimentally and numerically investigated in a uniform sand flume bed of D50 = 4.8 mm via
463
nine experiments with triangular shaped hydrographs and two experiments with trapezoidal
shaped hydrographs accompanied with and without sediment supplied from upstream. The 18 m
long rectangular flume of 0.80 m width and 0.75 m height having a bottom slope of 0.005 is used
in the experiments. The flow rate is controlled by a pump with rotational speed control unit
allowing generation of desired hydrographs by adjusting the pump speed. The velocities are
measured by using UVP. The transported bed load is collected by sediment baskets at the
downstream part of the flume. The experimental data were also qualitatively investigated
employing the unsteady flow parameters provided in the literature. The unsteadiness parameter
suggested in the literature was found to be inappropriate for the analysis of the experimental data
in this study. Therefore, an original expression which is based on the net acceleration concept
was proposed for the unsteadiness parameter and the results were discussed.
Keywords: Bedload transport, unsteady flow, unsteadiness parameter.
1.GĠRĠġ
Katı madde taĢınımı çoğunlukla zamanla değiĢmeyen üniform akım koĢullarında incelenmiĢ ve
taban malzemesi yükü için halen kullanılmakta olan ampirik bağıntılar bu koĢullar altında
üretilmiĢtir. TaĢkın anında meydana gelecek taban malzemesi yükü ise genellikle bu üniform
akımlar için türetilen bağıntılar kullanılarak hesaplanmıĢtır. Ancak zamanla değiĢen akımı
temsilen bir hidrograf dikkate alındığında bu hidrografın tabana uygulayacağı kayma
gerilmesinin zamanla değiĢiminin ve ivmelenmenin taban malzemesinin harekete geçiĢi ve yükü
üzerinde etkili olacağı kesindir. Bu ivmeyi ifade edebilmek için hidrografın yükselme ve/veya
alçalma süreleri ile taban ve pik akıma ait parametrelerin kullanıldığı ve kararsızlık parametresi
olarak ifade edilen boyutsuz parametrelerin türetildiği görülmektedir. Graf ve Suzka 1985, Yen
ve Lee 1995, Song ve Graf 1997, ve Lee ve diğerleri 2004)
Bu çalıĢmada, taban malzemesi üniform ve D50 = 4,8 mm olan kumdan oluĢan bir kanalda
gerçekleĢtirilmiĢtir. Debi, pompaya bağlı bir hız kontrol cihazı ile ayarlanarak istenilen hidrograf
tipi üretilebilmiĢtir. Deney düzeneği kapsamında kullanılan kanaldan taĢkın hidrografının
geçirilmesi ile harekete geçen ve kanal mansabına kadar taĢınan sürüntü maddesi, kanal
mansabında bulunan sepetler ile her 15 saniyede bir toplanarak, kurutulmuĢtur. Daha sonra
tartılarak taban malzemesi yükünün zamana bağlı değiĢimi elde edilmiĢtir. Bununla beraber her
deneyde, taban malzemesi yükünün yanı sıra, hidrograf özelliklerini belirleyen akım hızı ve akım
derinliği ölçülmüĢ ve debinin zamanla değiĢimi belirlenmiĢtir. Literatürde yer alan kararsızlık
parametreleri tüm hidrograflar için hesaplanarak taban malzemesi yükü üzerine etkisi
karĢılaĢtırılmıĢtır.
2.DENEY DÜZENEĞĠ
Deneyler, DEÜ Hidrolik Laboratuvarında mevcut 18,6 m uzunluğunda, 80 cm geniĢliğinde ve 75
cm yüksekliğindeki kanalda gerçekleĢtirilmiĢtir (ġekil 1). Kanalın ilk 3 m‘si sabit yataktır. Kanal
taban eğimi 0,005 olarak sabitlenmiĢtir. Sürüntü maddesi yükü, kanal mansabında bulunan
sepetler ile toplanarak, kurutulduktan sonra tartılmıĢtır. Kararlı akım Ģartlarında, kanal sonunda
bulunan yan büzülmesiz dikdörtgen savak ile debi ölçülmüĢtür. Deney düzeneği, kanalda
kullanılan ekipmanlar ile birlikte ġekil 1‘de verilmiĢtir. Kanal tabanına 8 cm‘lik bir tabaka
halinde serilen malzemenin çapı D50 = 4,8 mm, standart sapması  g =1,4‘dir.
464
ġekil 1. Deney düzeneğinin genel görünümü
Maksimum kapasitesi 100 lt/sn olan pompa bir hız kontrol cihazı ile bağlantılıdır. Bu cihaza bir
bilgisayar programı ile bilgi yüklenmekte ve pompa devir sayısı istenilen değerden istenilen
baĢka bir değere istenilen sürede çıkartılabilmekte ve tekrar eski konumuna istenilen sürede
getirilebilmektedir. Bu çalıĢmada, cihaza verilen program ile dokuz adet simetrik üçgen Ģekilli
ve iki adet simetrik trapez Ģekilli hidrograf (ġekil 2) programlanarak toplam onbir deney
yapılmıĢtır. Ultrasonik yöntemle çalıĢan UVP DUO-MX (Met-Flow SA) isimli cihaz ile hız
ölçümleri gerçekleĢtirilmiĢtir. Deneyler sırasında kanal ortasında hız ve akım derinliği okumaları
gerçekleĢtirilmiĢtir.
465
ġekil 2. Üçgen ve trapez Ģekilli hidrograflar için elde edilen debinin zamana bağlı değiĢimi (a) 1,
2, 3, 4, 8, 9, 10 ve 11 nolu deneyler, (b) 5, 6 ve 7 nolu deneyler
3.DENEYSEL SONUÇLAR
Bu çalıĢmada yer alan hidrograflara ait parametreler Tablo 1‘de özetlenmiĢtir. Burada 5 ve 6
numaralı hidrograflar trapez Ģeklindeki hidrograf olup diğerleri üçgen Ģeklindedir. Burada t sp
taban malzemesi yükünün en büyük değerine ulaĢtığı anı, t lag en büyük değerler arasındaki farkı
 t
 tr , WR yükselme evresi sırasında toplam taban malzemesi (kg), WF alçalma evresi
sırasında toplam taban malzemesini (kg) temsil etmektedir.
sp
Hidrograf ile meydana gelen kararsızlık parametresi çeĢitli araĢtırmacılar tarafından farklı
boyutsuz parametreler ile ifade edilmiĢtir. Lee ve diğerleri (2004)‘nin önerdiği P kararsızlık
parametresi aĢağıdaki gibidir:
P
h p  hb
(1)
t d u *0
466
burada, hb , h p taban ve pik akım derinliklerini (m), t d hidrografın tüm süresini (sn), u *0 taban
akımındaki kayma hızını (m/sn) temsil etmektedir.
De Sutter ve diğerleri (2001) karasızlık parametresinin hidrografın tüm süresi yerine yükselme
süresini içermesinin daha doğru olacağını belirterek aĢağıda verilen kararsızlık parametresini
önermiĢtir:
Pmod 

h p  hb
u* p  u*cr
2
t r ub  u p / 2

u*cr
2
(2)
2
burada, t r hidrografın yükselme süresi (sn), u b , u p sırasıyla taban ve pik kesitsel ortalama akım
hızları (m/sn), u * p taban akımındaki kayma hızı (m/sn), u *cr kritik kayma hızıdır (m/sn). Lee ve
diğerleri, (2004) tarafından önerilen toplam akım iĢi endeksi, Wk denklem (3)‘de verilmektedir:
2
Wk 
u *0 Vol
(3)
ghb3 b
burada u *0 taban akımına ait kayma gerilmesi, Vol taban akımı hariç hidrograf ile gelen tüm su
hacmi (m3), b ise kanal geniĢliğidir (m). Hidrografla gelen toplam taban malzemesi kütlesi Wt
(kg) aĢağıdaki denklem ile boyutsuzlaĢtırılarak Wt* Ģeklinde ifade edilmiĢtir.
Wt* 
Wt
2
 sbD50
(4)
burada  s taban malzemesinin yoğunluğu (kg/m3), D50 ise medyan çaptır (m).
Tablo 1. Bu çalıĢmada yer alan hidrograflara ait parametreler
Deney
No
1
2
3
4
5
6*
7*
8
9
10
11
u0
up
h0
hp
Vol
P
Pmod
Pgt
Wk
Wt
W t*
0,38
0,38
0,38
0,38
0,38
0,38
0,38
0,57
0,57
0,38
0,38
0,77
0,78
0,80
0,83
0,79
0,79
0,79
0,79
0,83
0,90
0,90
0,04
0,04
0,04
0,04
0,04
0,04
0,04
0,07
0,07
0,04
0,04
0,09
0,10
0,10
0,10
0,11
0,11
0,11
0,10
0,10
0,12
0,12
0,26
1,41
2,50
3,38
8,50
4,16
23,47
1,27
3,73
2,20
5,21
0,016
0,009
0,007
0,005
0,002
0,007
0,002
0,006
0,003
0,013
0,007
0,007
0,004
0,002
0,001
0,001
0,003
0,001
0,001
0,000
0,006
0,002
0,0021
0,0041
0,0045
0,0046
0,0049
0,0043
0,0049
0,0043
0,0047
0,0038
0,0046
0,4
1,9
3,4
4,7
11,7
5,7
32,3
1,7
5,1
3,0
7,2
0,8
2,9
4,0
5,3
15,3
8,0
41,9
2,0
4,3
4,3
9,6
15,4
59,0
80,9
107,5
313,6
163,8
857,2
40,9
88,9
87,8
196,5
467
Tablo 1. Bu çalıĢmada yer alan hidrograflara ait parametreler (devam)
Deney
No
1
2
3
4
5
6*
7*
8
9
10
11
tr
td
tsp
tlag/tr
u*0
u*p
WR
WF
WR / WF
WR / Wt
14
46
90
119
300
60
300
34
82
44
118
67
150
208
267
645
210
990
99
187
136
270
22,5
67,5
97,5
127,5
322,5
82,5
337,5
38,5
89,5
52,5
127,5
0,61
0,47
0,08
0,07
0,08
0,38
0,13
0,13
0,09
0,19
0,08
0,04
0,04
0,04
0,04
0,04
0,04
0,04
0,06
0,06
0,04
0,04
0,07
0,07
0,07
0,07
0,07
0,07
0,07
0,07
0,07
0,08
0,08
0,4
1,3
1,7
2,5
7,2
2,3
7,2
0,9
1,9
1,9
4,8
0,4
1,6
2,2
2,8
5,1
1,9
4,4
1,1
2,5
2,4
4,8
0,94
0,78
0,79
0,91
1,41
1,21
1,65
0,84
0,77
0,78
0,98
0,48
0,44
0,44
0,48
0,58
0,55
0,62
0,46
0,43
0,44
0,50
Toplam akım iĢi endeksi, Wk ile boyutsuzlaĢtırılmıĢ toplam taban malzemesi kütlesi Wt*
arasındaki iliĢki ġekil 3‘te verilmiĢtir. Hidrografla gelen toplam taban malzemesinin hidrograf
altında kalan su hacmi ile doğru orantılı olduğu görülmektedir.
ġekil 3. Toplam akım iĢi endeksi, Wk ile boyutsuzlaĢtırılmıĢ toplam taban malzemesi kütlesi Wt*
arasındaki iliĢki
BoyutsuzlaĢtırılmıĢ toplam taban malzemesi kütlesi Wt* ile karasızlık parametreleri P, ve Pmod
arasındaki iliĢki ġekil 4 ve ġekil 5‘te verilmektedir. R2 değerleri sırasıyla 0,5 ve 0,22 olarak
hesaplanmıĢtır. R2 değerleri mertebelerinin bu derece küçük çıkması, P ve Pmod parametrelerinin
gerek kısa süreli hidrograflardaki ve gerekse bu çalıĢmada yer alan hidrograflardaki kararsızlık
etkisinin ifade edilmesinde sınırlı kaldığını göstermektedir. Bu nedenle, de Sutter ve Verhoeven
(2001) tarafından da belirtildiği gibi hidrografın yükselme süresine iliĢkin akım net
ivmelenmesinin kararsızlık olayı üzerindeki etken faktör olduğu bulgusundan hareket edilerek
yeni bir kararsızlık parametresi önerilmiĢtir (Bombar ve diğerleri, 2011). Bu denklemde, akım
hızındaki yükselme süresindeki artıĢ, yerçekimi ivmesine oranlanarak boyutsuz hale getirilmiĢtir.
Önerilen kararsızlık parametresi Pgt Ģu Ģekildedir:
468
Pgt  S 0 
u p  ub
(5)
g tr
Burada S 0 taban eğimi, g yerçekimi ivmesidir (m/s2).
Önerilen Pgt ile Wt* arasındaki iliĢki sunulan çalıĢmanın deney sonuçları ve Qu (2002)‘de verilen
deney sonuçları birlikte değerlendirilerek ġekil 6‘da verilmekte olup burada R2 değeri 0,54
olarak hesaplanmıĢtır.
ġekil 4. BoyutsuzlaĢtırılmıĢ toplam taban malzemesi kütlesi Wt* ile P arasındaki iliĢki
ġekil 5. BoyutsuzlaĢtırılmıĢ toplam taban malzemesi kütlesi Wt* ile Pmod arasındaki iliĢki
469
ġekil 6. BoyutsuzlaĢtırılmıĢ toplam taban malzemesi kütlesi Wt* ile Pgt arasındaki iliĢki
Taban malzemesi yükünün en büyük değerine ulaĢtığı zaman t sp ile hidrograf akım derinliğinin
en büyük değerine ulaĢtığı zaman t r arasındaki farkın ( t lag , gecikme zamanı) yükselme süresine
oranı ile kararsızlık parametresi Pgt arasındaki iliĢki ġekil 7‘de verilmektedir. Buna göre,
hidrografın gecikme zamanı arttıkça (kısa hidrograflarda) toplam akım iĢinin ve kararsızlık
parametresinin azaldığı gözlenmiĢtir.
ġekil 7. t sp  t r  t r ile Pgt arasındaki iliĢki
Sepetlerde toplanan toplam taban malzemesi miktarı yükselme evresi ve alçalma evresi sırasında
olacak Ģekilde sırasıyla WR ve WF adı verilerek iki parçaya ayrılmıĢtır. WR/WF oranın Wk ile
değiĢimi ġekil 8‘de verilmiĢtir. Buna göre üçgen Ģekilli hidrograflarda taban malzemesi alçalma
evresi boyunca daha fazla taĢınırken, trapez Ģekilli olan hidrograflarda tersi bir durum
gözlenmiĢtir.
470
ġekil 8. WR/WF oranın Wk ile değiĢimi
4.SONUÇ VE ÖNERĠLER
Bu çalıĢmada, taban malzemesi ünform ve D50 = 4,8 mm olan kumdan oluĢan bir kanalda
gerçekleĢtirilmiĢtir. Debi, pompaya bağlı bir hız kontrol cihazı ile ayarlanarak istenilen hidrograf
tipi üretilebilmiĢtir. Deney düzeneği kapsamında kullanılan kanaldan taĢkın hidrografının
geçirilmesi ile harekete geçen ve kanal mansabına kadar taĢınan sürüntü maddesi, kanal
mansabında bulunan sepetler ile her 15 saniyede bir toplanarak, kurutulmuĢtur. Daha sonra
tartılarak taban malzemesi yükünün zamana bağlı değiĢimi elde edilmiĢtir. Bununla beraber her
deneyde, taban malzemesi yükünün yanı sıra, hidrograf özelliklerini belirleyen akım hızı ve akım
derinliği ölçülmüĢ ve debinin zamanla değiĢimi belirlenmiĢtir.
Literatürde yer alan kararsızlık parametreleri tüm hidrograflar için hesaplanarak taban malzemesi
yükü üzerine etkisi karĢılaĢtırılmıĢtır. Toplam akım iĢi endeksi, Wk ile boyutsuzlaĢtırılmıĢ
toplam taban malzemesi kütlesi Wt* arasındaki iliĢki incelendiğinde Hidrografla gelen toplam
taban malzemesinin hidrograf altında kalan su hacmi ile doğru orantılı olduğu görülmektedir.
Literatürde yer alan kararsızlık parametreleri ( P , Pmod ) ile toplam taban malzemesi kütlesi Wt*
arasında gerçekçi bir iliĢki gözlenememiĢtir. Öyle ki, ġekil 4 ve ġekil 5 kararsızlık arttıkça
taĢınan taban malzemesinin azaldığına iĢaret etmektedir ki bu da gözlemlerle ve literatürdeki
bulgularla çeliĢmektedir. Bu sebeple hidrografın yükselme süresine iliĢkin akım net
ivmelenmesinin kararsızlık olayı üzerindeki etken faktör olduğu bulgusundan hareket edilerek
yeni bir kararsızlık parametresi, Pgt , önerilmiĢtir. Yeni parametre hem deney sonuçları hem de
literatürdeki baĢka bir çalıĢma sonuçları üzerinde denenmiĢ uyumlu sonuçlar elde edilmiĢtir.
Buna göre kararsızlık arttıkça taĢınan taban malzemesi yükü de artmaktadır. Sonuçların
gösterdiği diğer bir bulgu da hidrografın gecikme zamanı arttıkça (kısa hidrograflarda) toplam
akım iĢinin ve kararsızlık parametresinin azaldığıdır.
TeĢekkür: Bu çalıĢma TÜBĠTAK 106M274 nolu proje kapsamında gerçekleĢtirilmiĢ olup
yapılan maddi katkılar nedeniyle yazarlar TÜBĠTAK‘a müteĢekkirdir.
471
KAYNAKLAR
1. Bombar, G., Elçi, ġ., Tayfur, G., Güney, M.ġ., Bor, A., 2011, Experimental and Numerical
Investigation of Bedload Transport Under Unsteady Flows, Journal of Hydraulic Engineering.
posted ahead of print February 25, 2011. doi:10.1061/(ASCE)HY.1943-7900.0000412
2. De Sutter, R., Verhoeven, R., Krein, A (2001), Simulation of sediment transport during flood
events: laboratory work and field experiments. Hydrological Sciences-Journal-des Sciences
Hydrologiques, 46(4), 599-610.
3. Graf W.H., Suszka L. (1985). Unsteady flow and its effect on sediment transport. Proceedings,
21st IAHR Congress, August 1985, Melbourne, Australia; 540–544.
4. Lee, K.T., Liu, Y.L., Cheng, K.H. (2004), Experimental investigation of bedload transport
processes under unsteady flow conditions, Hydrological processes, 18(13), pp. 2439-2454.
5. Qu, Z. (2002). Unsteady Open-Channel Flow over a Mobile Bed. PhD thesis, No. 2688, E´
cole Polytechnique Fe´de´rale de Lausanne.
6. Song, T. & Graf, W. H. (1997) Experimental study of bed load transport in unsteady openchannel flow. Int. J. Sediment Res. 12,63-71.
7. Yen C.L., Lee KT. (1995). Bed topography and sediment sorting in channel bend with
unsteady flow. Journal of Hydraulic Engineering, American Society of Civil Engineers 121(8):
591–599.
472
“V. Ulusal Su Mühendisliği Sempozyumu”
SEDĠMENT KONTROLÜNDE
VETĠVER (Vetiveria zizanioides (L.) Nash) BĠTKĠSĠ
Muhammet KILCI
Ege Ormancılık AraĢtırma Müdürlüğü, ĠZMĠR
[email protected]
Mehmet SAYMAN
[email protected]
Giyasettin AKBĠN
[email protected]
Salih PARLAK
[email protected]
ÖZET
Bu araĢtırmada kullanılan Vetiver Grass (Vetiveria zizanioides L. Nash) ülkemiz için yeni bir tür
olup, birçok ülkede toprak ve su muhafazası amaçlı kullanılmaktadır. Bu bitki ile 21 hektarlık bir
su toplama havzasında ilk olarak sediment kontrolü çalıĢması yapılmıĢtır.
Dere yatağı içine dikildikten kısa bir süre sonra iyi bir vegetatif aksam ve güçlü bir kök sistemi
yapan bitkinin, 8 ay içinde 784,2 ton sedimenti tuttuğu belirlenmiĢtir.
Vetiver Grass ile yapılan bitkilendirme sonucunda; tutulan sediment içersinde önemli miktarda
besin elementleri tutulduğu da ortaya konmuĢtur Buna göre, 6250 kg‘ı organik madde 312,5 kg‘ı
azot, 12,9 kg‘ı fosfor, 34,8 kg‘ı potasyum, 2937,6 kg‘ı kalsiyum ve 22,6 kg‘ı sodyum olmak
üzere toplam olarak 9570,8 kg ‗lık besin maddesinin sahadan uzaklaĢması önlenmiĢtir.
Anahtar Kelimeler: Vetiver gras, sediment, erozyon, bitki besin maddesi.
VETIVER GRASS (Vetiveria zizanioides (L.) Nash) IN SEDIMENT CONTROL
ABSTRACT
Vetiver grass (Vetiveria zizanoides L. Nash) that an exotic species for Turkey, have been used to
protect soil and water in many country. With this plant, sediment control has been carried out in
21 ha area of a water shed. It is determined that, Vetiver had a robust vegetative parts and root
after a short period planting and protected 784.2 kg soil after eight months.
473
In addition at the end of Vetiver plantation we found important amount of nutrient in sediment
protected. Thus, it is prevented to loss of nutrient such as 6250 kg organic matter, 312.5 kg
nitrogen, 12.9 kg phosphor, 34.8 kg potassium, 2937.6 kg calcium and 22.6 kg sodium. At the
end of the study totally 9570.8 kg nutrient has been protected.
Keywords: Vetiver grass, sediment, erosion, plant nutritions.
1.GĠRĠġ
Bugün ülkemiz topraklarının %79.43‘ünde orta ve çok Ģiddetli derecelerde erozyon hüküm
sürmektedir. Her yıl kilometrekareden taĢınan toprak miktarının dünya ortalaması 142 ton iken
Türkiye‘de bu rakam 600 tona ulaĢmaktadır. Ülkemizde birim alandan taĢınan toprak miktarı
Afrika‘dan 22 kat, Avrupa‘dan 17 kat ve Kuzey Amerika‘dan 6 kat daha fazladır. Bu
rakamlardan da anlaĢılacağı gibi Türkiye erozyondan etkilenen ülkelerin baĢında gelmektedir
(Anonim, 2001). Yurdumuzda ki barajların sediment taĢınması nedeniyle ekonomik ömürlerinin
kısaldığı bilinmektedir. Bu sedimentler yoluyla topraklarda mevut besin elementleri de
taĢınmaktadır. Böylece kullanılabilir alanlarda toprakların verimli kısımları yitirildiği gibi ayrıca
barajlarda su kalitesi de olumsuz etkilenmektedir. Biriken besin maddeleri su ekosistemini
bozarak, canlı yaĢamını etkilediği gibi kirli suların tarımda sulamada kullanılması ile gıda
güvenliği, içme suyu olarak kullanılması ile de insan sağlığı tehdit altına girmektedir.
Bu araĢtırmada kullanılan Vetiver Grass (Vetiveria zizanioides (L.) Nash) birçok ülkede baĢta
toprak ve su muhafazası amaçlı kullanılmaktadır. Maden iĢletmelerinin atık sahalarında, yol
Ģevleri ve baraj havzalarında toprak stabilizasyonu ve toprak ıslahı amaçlı da kullanılmaktadır.
Köklerinden elde edilen aromatik yağlardan parfüm ve kimya endüstrisinde faydalanılmaktadır.
Ayrıca tıbbi olarak da (aromaterapi) değerlidir. Vegetatif aksamı kağıt endüstrisinde ham madde
olarak; yaprakları ise hasır ve sepet yapımında kullanılmaktadır. ĠĢlemlerden geçirilen yapraklar
hayvan yemi olarak değer kazanmaktadır. Yine yaprakları malç malzemesi olarak
değerlendirilebilmektedir. Bitki rotasyon bitkisi olarak da kullanılmaktadır. Gramineae
familyasının; Panicoidae alt familyasında, Andropogoneae grubunda yer almaktadır. 12 adet türü
bulunmaktadır. Asya, Afrika ve Güney Amerika‘da yarı karasal ve tropikal alanlarda yayılıĢ
göstermektedir. Avrupa‘da Fransa, Ġspanya, Ġtalya, Ġngiltere, Portekiz gibi ülkelerde de
yetiĢtirilmektedir (ġekil 1).Ortalama ömrü 40 yıldır (Anonim, 1995).
Ülkemizde ise, ilk olarak Muhammet KILCI tarafından 1998 yılında Ġtalya‘nın Sicilya Adasının
Catania bölgesinden getirilerek, Ġzmir/KarĢıyaka‘da üretilmeye baĢlanmıĢtır (Kılcı, 2001). Daha
sonra bitkinin Ege Bölgesinde farklı toprak ve iklim koĢullarına adaptasyonunun belirlenmesi
için TÜBĠTAK destekli bir proje gerçekleĢtirilmiĢtir (Kılcı, 2004).
474
ġekil 1. Vetiver grass‘ın yayılıĢ gösterdiği ülkeler (anonim, 1993)
Saz görünümlü bitkinin boyu 2 m‘ye, taç geniĢliği ise 1 m‘ye ulaĢabilmekdedir. KardeĢlenme
yeteneği yüksektir. Saçak köklü olup, yumak oluĢturan kökleri uygun koĢullarda 3 m derinliğe
kadar gidebilir. Yaprakları ortalama 75 cm uzunluğunda, 8 mm geniĢliğinde, ince uzun
görünümlü, tüysüzdür. Yaprak kenarları kesicidir. Çiçekler erguvan-bordo renginde, salkım
Ģeklindedir ve çiçek sapının ucunda toplanmıĢtır, hermafrodittir (ġekil 2). Çiçeklenme zamanı
yaz sonudur. Tohumları çevresel koĢullara hassas olup, çimlenme yüzdesi düĢüktür. Bu nedenle
üretimi, kardeĢlerin ayrılması ve çeliklerin köklendirilmesiyle yapılmaktadır (Anonim, 1993).
475
ġekil 2. Vetiveria zizanioides (L.) nash‘ın kök, gövde ve çiçeklerinin görünüĢü
Doğal olarak tropikal kökenli hidrofit bir tür olmasına rağmen, subtropikal ve kurak koĢullarda
da baĢarılıdır. Bitkinin doğal yayılıĢ alanlarındaki iklim koĢulları incelendiğinde: Ortalama
sıcaklık 18-25 °C, en düĢük sıcaklık –15 °C, en yüksek sıcaklık 48 °C ve ortalama en düĢük
sıcaklık 5 °C olarak bildirilirken; geliĢmeye baĢlayabilmesi için sıcaklığın 12 °C‘nin üstünde
olması gerekmektedir. Hızlı büyüyebilmesi için ise, yazın 25 °C civarında sıcaklık istemektedir.
Bulunduğu yerlerde toprağın uzun süre donması ölümüne neden olmaktadır. 2000 m‘de
yetiĢebilmekte, ancak düĢük sıcaklık nedeniyle zorlanmaktadır. Yıllık toplam yağıĢın 700 mm ve
üstünde olması tercih edilmektedir. Ancak geniĢ bir yağıĢ rejimine de(200-6000 mm) uyum
sağlamaktadır. (Anonim, 1995)
Bu bitkiyi ekstrem alanlarda etkili kılan özellikleri Ģöyle sıralanmaktadır (Anonim, 1995)
Tuzluluk, pH, toprak verimliliği konusunda geniĢ toleransa sahip olup, her tür toprakta
yetiĢebilmektedir.
Kuraklığa, uzun süre su altında kalmaya ve sellere dayanıklıdır.
Topraktaki ağır metallere ve tarım ilaçlarının artıklarına yüksek tolerans göstermektedir.
476
Tablo 1. Vetiver ve diğer bitkilerin dayanabildiği ağır metal seviyeleri
Topraktaki Seviye (mg/kg)
Ağır Metaller
Arsenik
Kadmium
Bakır
Krom
KurĢun
Civa
Nikel
Selenyum
Çinko
Bitkideki Seviye (mg/kg)
Vetiver
Diğer Bitkiler
Vetiver
Diğer Bitkiler
100-250
20-60
50-100
200-600
>1 500
>6
100
>74
>750
2.0
1.5
7-10
2-14
-
21-72
45-48
13-15
5-18
>78
>0.12
347
>11
880
1-10
5-20
15
0.02-0.20
10-30
-
Toprak altında küme oluĢturması nedeni ile yangın ve otlatmaya karĢı dayanıklıdır.
GeniĢ bir iklim rejiminde yetiĢebilir (-10 C ile 48 C sıcaklık; 200-6000 mm yıllık yağıĢ
miktarları) %1‘den %100‘e kadar meyilli alanlarda kullanılabilmektedir.
2.MATERYAL VE YÖNTEM
2.1.Materyal
ÇalıĢma alanı, Seferihisar ilçesi Doğanbey Köyü sınırları içinde yer alan orman alanıdır. Bu alan
2009 yılında yangın geçirmiĢ, 2010 yılında yeniden ağaçlandırılmıĢtır. Alanda hakim anakaya
fillattır. Bu sahanın içinde bir dere yatağı seçilerek, su erozyonunun yapacağı etkilere karĢı
önlem olarak ülkemiz için yeni bir tür olan Vetiver bitkisi dikilmiĢtir. Bu derenin su toplama
alanı 21 ha olup, baĢlangıç noktası 222 m, bitiĢ noktası 181 m yüksekliktedir. Dere yatağının
uzunluğu 561 m‘dir.
2.1.1.Toprak özellikleri
ÇalıĢma alanını temsil edecek Ģekilde alınan toprak örnekleri karma hale getirilerek, analiz
edilmiĢtir.ve sonuçları bulgular bölümünde verilmiĢtir(Tablo 2).
2.1.2.Ġklim özellikleri
Deneme alanına en yakın istasyon olan Seferihisar Meteoroloji Ġstasyon Müdürlüğünün 19332002 yılları arasında yapılan uzun dönemli ölçümlerine göre ortalama yıllık toplam yağıĢ miktarı
582,4 mm‘dir. Ortalama nispi nem % 63, ortalama sıcaklık 16,3 0C, En düĢük sıcaklık – 17,5 0C
(Ocak 1942), en yüksek sıcaklık 45,1 0C (Temmuz 1933). ÇalıĢmanın gerçekleĢtirildiği 2010
yılında ortalama yağıĢ miktarı 979 mm olup, bu yağıĢın 308,7 mm‘si Ekim ayında meydana
gelmiĢtir. Bu ay içinde bir gün çok kuvvetli sağanak yağıĢ olmuĢtur (178 mm /19.10.2010).
2.2.Yöntem
Sahada ana dereye bağlanan yan dereler ile derenin yatağının geniĢlediği ve daraldığı yerler
dikkate alınarak 21 dikim sırası oluĢturulmuĢtur. Vetiver fidanları dere yatağında 15-20 cm ara
ile su akıĢ yönüne dik olarak Nisan ayı sonunda toplam 3300 vetiver fidanı dikilmiĢtir. Aynı yıl
Aralık ayında bitki sıralarının ön ve arka taraflarında biriken sedimentlerin miktarı kapladıkları
alan ve derinlikleri ayrı ayrı ölçülerek, belirlenmiĢtir. ÇalıĢma alanını temsil eden toprak
477
örnekleri alınarak, analiz için karma hale getirilmiĢtir. Ayrıca sediment örnekleri alınarak,
öncelikle 2 mm lik elekten elenmiĢ, elek üstü ve elek altı materyal ayrılmıĢtır. Alınan örneklerin
hacim ağırlıkları gr/cm3 olarak belirlenmiĢtir. Analiz yöntemleri aĢağıda verilmiĢtir: Tepkime
(pH) ve tuzluluk (E.C.) 1:2,5 oranında toprak-su süspansiyonunda, organik madde ―WalkleyBlack YaĢ Yakma Yöntemi‖, tekstür ―Bouyoucos Hidrometre Yöntemi‖, toplam azot ―Kjeldahl
Yöntemi‖, fosfor ―Olsen Yöntemi‖, potasyum, kalsiyum ve sodyum ―Nötr 1N Amonyum Asetat
Yöntemi‖ ile belirlenmiĢtir (Gülçur, 1974).
3.BULGULAR VE TARTIġMA
ÇalıĢmada toprak özelliklerine, vetiver fidanlarının geliĢim durumlarına, sahada sediment
taĢınımı ve birikim durumu ile tutulan besin maddelerine iliĢkin elde edilen bulgular aĢağıda ayrı
ayrı incelenmiĢtir.
3.1.Toprak Özellikleri
Tablo 2‘de. analiz sonuçları incelendiğinde; toprağın tepkimesi orta alkali, tuz ve kireç içerikleri
düĢük, tekstürü orta olarak belirlenmiĢtir. Organik madde miktarı orta düzeydedir. Besin
elementlerinden fosfor ve potasyum düĢük, azot yeterli, kalsiyum ise yüksek düzeylerdedir. Saha
toprağı iskeletçe zengin olup, uygun strüktür ve drenaj özellikleri taĢımaktadır.
Tablo 2. ÇalıĢma alanı toprak özellikleri
Özellikler
Kum (%)
Kil (%)
Toz (%)
Toprak Türü
Kireç (%)
E.C.x10-3 (mS/cm)
Miktar
58,20
20,16
21,64
Kumlu Killi Balçık
1,33
0,176
Özellikler
pH
Organik Madde (%)
Azot (%)
Fosfor (ppm)
Potasyum (ppm)
Kalsiyum (ppm)
Miktar
7,86
2,259
0,135
3,40
101
2600
3.2.Fidanların GeliĢim Durumları
Nisan ayı sonunda dikilen fidanlar Haziran‘da kardeĢlenmeye baĢlamıĢ ve sıra üzerinde fidanlar
arasındaki boĢlukları Eylül ayında kapattıkları gözlenmiĢtir. Aralık ayında her bir fidan 1-1,5 m
boya ulaĢmıĢ ve 50-100 kardeĢli bireyler haline gelmiĢtir (ġekil 3).
478
ġekil 3. Dere yatağından bir görünüm
3.3.Sediment TaĢınımı Ve Birikim Durumu
Saha Mayıs (23,2 mm), Haziran (25,4 mm), Eylül (1,9 mm) aylarında çok düĢük yağıĢ
aldığından (toplam 50,5 mm), dere yatağında herhangi bir taĢınma gözlenmemiĢtir. Ekim ayında
mevsimsel yağıĢlar baĢlamıĢ ve bu ay içinde bir günde ekstrem yağıĢ alınmıĢtır (178 mm ).
Kasım, Aralık aylarında da devam eden yağıĢlı periyot sonunda fidanlarca tutulan sediment
miktarı, sahada yapılan ölçümlerle dere yatağı boyunca belirlenmiĢtir. Buna göre: 21 ha‘lık
havzada 8 ay içinde 561 m uzunluğundaki dere yatağında tutulan sedimentlerin derinliği fidan
sıralarına göre değiĢmekte olup, bu derinliğin 15-50 cm aralığında ve ortalama 28,5 cm olduğu
belirlenmiĢtir(ġekil 4). Kaba malzemeler çoğunlukla fidan sıralarının önünde birikirken; ince
malzemeler daha çok sıraların arkasında birikmiĢtir. Böylece bütün dere yatağı boyunca toplam
646 m3 (784,2 ton) sediment tutulmuĢtur. Hektar baĢına tutulan sediment miktarı 30,76 m3‘tür
(37,3 ton). Buna göre toplam tutulan sedimentin 284,24 m3‘ü (345 ton) kaba malzeme (taĢ,
çakıl), 361,76 m3‘ü (439,2 ton) ince malzeme (kum, kil, toz) olarak hesaplanmıĢtır.
Sedimentlerin ortalama hacim ağırlığı 1,214 gr/cm3 olarak belirlenmiĢtir.
479
ġekil 4. Vetiver bitkisi tarafından tutulmuĢ sedimentler
3.4.Sedimentlerin Besin Element Ġçerikleri
Sedimentlerin laboratuar analizleri sonucunda belirlenen besin element içerikleri sahada fidan
sıralarında tutulan miktarları ile iliĢkilendirilmiĢ ve hesaplanan değerleri tablo 3‘de verilmiĢtir.
Sahada tutulan toplam 646 m3 (784,2 ton) sediment ile 6250,4 kg organik madde, 312,5 kg
toplam azot, 12,91 kg fosfor , 34,8 kg potasyum, 2937,6 kg kalsiyum ve 22,6 kg sodyum olmak
üzere toplam 9570,8 kg besin elementinin sahadan uzaklaĢması önlenmiĢtir
Tablo 3. Sedimentlerin besin element miktarları
Alan
(21 ha)
Top.Sediment
646 m3 (784,2 ton)
Hektarda Sediment
361.8 m3 (37,3 ton)
Org.Mad.
kg
N
kg
P
kg
K
kg
Ca
kg
Na
kg
Toplam
Besin
kg
mad./Sed.%
6250,4
312,5 12,91 34,8 2937,6 22,6
9570,8
1,22
297,6
14,9
455,8
1,22
0,62
1,66
139,9
1,1
Vetiver bitkisinin önemli kullanım yerlerinden birisi de toprak-su muhafazası çalıĢmalarıdır. Bu
bitki erozyon alanlarında yıllık toprak kaybını büyük ölçüde azaltırken, yağmur suyunun akıĢ
hızını da %60-70‘e varan oranlarda az altabilmektedir. Bu oran eğime, toprağın su tutma
kapasitesine, geçirgenliğine ve yağıĢın Ģiddetine bağlı olarak değiĢmektedir (Anonim, 1999).
480
Avcı (1999), bitki örtüsü olmayan arazideki yüzeysel akıĢın bitki örtüsü olana göre 10-100 kat
fazla olduğunu ve erozyonun aynı zamanda besin kaybına sebebiyet verdiğini vurgulamaktadır.
Erozyon alanlarında yer yer hektar baĢına 72 kg‘a kadar azot kaybı görülürken, erozyonla
taĢınan toprağın organik madde içeriğinin geride kalan toprağa göre 1,3-5 kat fazla olduğunu ve
organik maddenin topraktaki azotun % 95‘ini, fosforun % 15-85‘ini tuttuğunu belirtmektedir.
Grimshaw (1991), Vetiver Grass‘ın toprak ve su kaybını önlemede çok etkili bir tür olduğunu,
yıllık ortalama 689 mm yağıĢ alan bir yerde toprak kaybını % 89, su kaybını %57 oranında
azalttığını; yine yıllık 1240 mm yağıĢ alan bir baĢka alanda ise yüzeysel akıĢla meydana gelen
toprak kaybını %11.6‘dan %3.6‘ya düĢürdüğünü belirtmektedir.
Hanping et al. (1996), Vetiver bitkisi dikildikten 29 ay sonra yapılan ölçümlerde toprakta
organik madde, total azot, yarayıĢlı potasyum içeriğinde artıĢlar meydana geldiğini, fosfor
miktarının ise değiĢmediğini bildirmektedirler. Aynı çalıĢmada araĢtırmacılar, toprağın
geçirgenliği ve toprak neminde belirgin artıĢlar meydana getiren bitkinin toprak nemini 0-20 cm
derinlikte %20,3-42,3 oranında arttırdığını, yine iki yıl içinde aĢamalı olarak toprak kaybını
%60-93 oranında azalttığını belirtmektedirler.
Tablo 4 incelendiğinde, değiĢik ülkelerde Vetiver bitkisi ile yapılan çalıĢmalarda toprak ve su
kaybını azaltmada çok etkili bir tür olduğu görülmektedir (Rodriguez 1993).
Tablo 4. Tarım alanlarında vetiverin toprak kayıbı ve yüzeysel akıĢ üzerine etkisi
Ülkeler
Tayland
Venezuella
Venezuella (15%)*
Venezuella (26%)*
Vietnam
BangladeĢ
Hindistan
Toprak Kayıbı (t/ha)
Yüzeysel AkıĢ (YağıĢ %)
Kontrol Geleneksel Vetiver Kontrol Geleneksel
Vetiver
3.9
7.3
2.5
1.2
1.4
0.8
95.0
88.7
20.2
64.1
50.0
21.9
16.8
12.0
1.1
88
76
72
35.5
16.1
4.9
27.1
5.7
0.8
42
6-11
25
2
14.4
3.9
23.3
15.5
* Arazi eğimi
Vetiver bitkisinin sediment tutulmasına etkisini belirlemek amacıyla yapılan bu çalıĢmayla,
ağaçlandırma sahası içinde küçük bir dere havzasında (21 ha) yapılan bitkilendirme ile önemli
miktarda sediment (784,2 ton) ve besin elementleri tutulduğu ortaya konmuĢtur (6250 kg organik
madde 312,5 kg azot, 12,9 kg fosfor, 34,8 kg potasyum, 2937,6 kg kalsiyum ve 22,6 kg sodyum
Toplam 9570,8 kg).
Erozyonun yoğun olarak görüldüğü ülkemizde, kaynağında erozyonu önleyecek tedbirlerin
alınması büyük önem arz etmektedir. Bu tedbirlerin baĢında bitkilendirme ve ağaçlandırma
çalıĢmaları çok önemli yer tutmaktadır. Bugüne kadar ülkemizde birçok bitki türü erozyonla
mücadelede kullanılırken, bu çalıĢmadan elde edilen sonuçlara göre, Vetiver bitkisinin de
alternatif bir tür olarak göl, gölet ve baraj havzalarında orman içi ve dıĢındaki erozyona açık
alanlarda etkili bir Ģekilde kullanılabileceği belirlenmiĢtir.
481
KAYNAKLAR
1. ANONĠM, 1993. Vetiver Grass. The Hedge Against Erosion. Grimshaw,R.G., The World
Bank, Washington, 78 pp.
2. ANONĠM, 1995. Vetiver Grass for Soil and Water Conservation, Land Rehabilitation and
stabilition World bank Technical Paper Number 273, Washington, D.C.
3. ANONĠM, 1999 Vetiver Grass Technical Specifications. The Southern Africa Vetiver
Network, http://www.inr.unp.ac.za/vetiver/information/vetiver.html
4. ANONĠM, 2001. Sekizinci BeĢ Yıllık Kalkınma Planı. Ormancılık Özel Ġhtisas Komisyonu
Raporu. Yayın No.DPT
2531-ÖĠK 547. S. 323, Ankara.
5. GRIMSHAW,R.G., 1991. ―The Establishment of Vetiveria zizanioides in lov rainfall areas :
Linnean.‖ Society Symposium Series. Desertified Grasslands: Their Biology and Management.
London
6. AVCI., H., 1999. Sızıntı Dergisi, ġubat,Yıl 21,Sayı 241
7. GÜLÇUR,F., 1974. Toprağın Fiziksel ve Kimyasal Analiz Metotları. Ġ.Ü.Orm. Fak. Yayın
No.201. S. 35-37.KutulmuĢ Matbaası, Ġstanbul
8. HANPING, X., Huixiu, A.,Shizhong, L., Daoquan, 1996. The Function of Vetiver in
Agriculture Ecosystem. Newsletter of Vetiver Network. Number 15, Pp.22.
9. KILCI, M., 2001. Erozyonla Mücadelede Vetiver Grass. Orman Bak. Yay.No:130. Toprak
Laboratuvar Müdürlüğü Yayınları No: 10. S.3-15. Ġzmir.
10. KILCI, M., SAYMAN, M., AKĠN, G., ġENTÜRK, S., 2004. Vetiveria zizanioides (L.)
Nahsın Ege Bölgesi KoĢullarında Adaptasyonunun Belirlenmesi. ÇOB Yayın No. 218 Toprak
Laboratuvar Müdürlüğü Yayınları No: 18. Ġzmir.
11. RODRIGUEZ, O.D. 1993. ―Vetiver grass technology for soil conservation on steep
agricultural land.‖ Proc. Inter. Workshop on Soil Erosion. Processes on Steep lands, Merida,
Venezuela.
12. TRUONG, P.V.N.,BAKER,D.E., 96. Effect of Some Adverse Soil Conditions on the Growth
of Vetiver zizanioides (L.). Newsletter of Vetiver Network. Number 15. Pp.12-13.
13. TRUONG, P.V.N., LOCH, R., 2004 13th ―Vetiver System for Erosion and Sediment
Control.‖ International Soil Conservation Organisation Conference – Brisbane.Conserving Soil
and Water for Society: Sharing Solutions Paper No. XXX
482
KARE KESĠTLĠ KÖPRÜ ORTA AYAĞI ETRAFINDA ZAMANLA
DEĞĠġEN AKIM NEDENĠYLE OLUġAN YEREL OYULMALAR
M. ġükrü GÜNEY
Dokuz Eylül Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, ĠnĢaat Mühendisliği Bölümü, ĠZMĠR
[email protected]
AyĢegül ÖZGENÇ AKSOY
[email protected]
Gökçen BOMBAR
[email protected]
ÖZET
Bu çalıĢmada, taban malzemesi bimodal ve D50 = 3.4 mm olan bir kanalda simetrik üçgen Ģekilli
hidrograf nedeniyle kare kesitli köprü ayağı etrafında oluĢan hareketli taban oyulması deneysel
olarak araĢtırılmıĢtır. Deneyler DEÜ ĠnĢaat Mühendisliği Bölümü Hidrolik Laboratuvarında
mevcut 18.6 m uzunluğunda, 80 cm geniĢliğinde ve taban eğimi 0.006 olan bir kanalda
gerçekleĢtirilmiĢtir. Debi, pompaya bağlı bir hız kontrol cihazı ile ayarlanarak taban debisi 9.5
lt/sn, pik debisi 70 lt/sn, yükselme ve alçalma süreleri 300‘er saniye olan ikiz kenar üçgen
Ģeklinde bir hidrograf üretilmiĢtir. Yerel oyulmaların zamana bağlı değiĢimi UVP cihazı düĢey
konumda kullanılarak dolaylı olarak ölçülmüĢtür. Oyulmanın 20 saniye mertebesinde bir
gecikmeyle baĢladığı hidrografın yükselme bölümünde artarak pik değerinde en yüksek değerine
ulaĢtığı gözlenmiĢtir. Hidrografın alçalma bölümünde taĢınan maddenin depolanması nedeniyle
değeri azalan oyulmanın hidrograf sona ermeden denge konumuna ulaĢtığı görülmüĢtür.
Anahtar Kelimeler: Köprü ayağı, taĢkın hidrograf, yerel oyulmalar.
TIME-DEPENDENT LOCAL SCOURS RESULTING FROM UNSTEADY FLOW
AROUND BRIDGE PIER OF SQUARE CROSS SECTION
ABSTRACT
In this study live bed scours around a square bridge pier resulting from triangular shaped flood
hydrograph is analyzed by using bimodal sediment with median diameter of 3.4 mm. The
experiments were carried out in a rectangular flume 80 cm wide and 18.6 m long available in
Hydraulic Laboratory of Dokuz Eylul University. The bed slope of flume is 0.006. The unsteady
flow is generated by means of a triangular hydrograph with a base flow and peak flow of 9.5 l/s
and 70 l/s, respectively. The rising and falling durations are 300 seconds. Ultrasonic Velocity
Profiler (UVP) is used in vertical position to measure temporal variation of scour depth
483
indirectly. A time lag of 20 seconds is observed between the hydrograph and the
sedimentograph. The local scour increases during the rising limb attaining its maximum value at
the peak flow rate. It is revealed that the equilibrium state is reached before the end of the
hydrograph due to the deposition of the transported material.
Keywords: Bridge pier, flood hydrograph, local scours.
1.GĠRĠġ
Köprü ayakları etrafında, menbadan taban malzemesinin taĢınıp taĢınmadığına bağlı olarak iki
tip oyulma oluĢmaktadır. Menbada taban malzemesi hareketinin olmadığı ve sadece köprü ayağı
etrafındaki malzemenin hareket ettiği durumda meydana gelen oyulma temiz su oyulması olarak
adlandırılırken menbadaki taban malzemesinin taĢınması durumunda meydana gelen oyulma ise
hareketli taban oyulması olarak adlandırılmaktadır [Yanmaz, 2002].
Köprü ayakları etrafında meydana gelen yerel oyulmaları incelemek amacıyla laboratuar
ortamında yapılan çalıĢmaların bir çoğu üniform taban malzemesi kullanılarak ve temiz su
oyulması Ģartları altında gerçekleĢtirilmiĢtir.
Bu çalıĢmada Dokuz Eylül Üniversitesi ĠnĢaat Mühendisliği Bölümü Hidrolik Laboratuvarında
mevcut olan açık kanalda ikizkenar üçgen Ģeklindeki bir taĢkın hidrografı sırasında kare kesitli
köprü ayağı etrafında meydana gelen hareketli taban oyulması bimodal taban malzemesi
kullanılarak incelenmiĢtir.
2.DENEY DÜZENEĞĠ
Deneyler, DEÜ Hidrolik Laboratuvarında mevcut 18,6 m uzunluğunda, 80 cm geniĢliğinde ve 75
cm yüksekliğindeki kanalda gerçekleĢtirilmiĢtir (ġekil 1). Kanalın ilk 3 m‘si sabit yataktır. Kanal
taban eğimi 0.006 olarak sabitlenmiĢtir. Kanal tabanına 6.5 cm‘lik bir tabaka halinde serilen
malzemenin çapı D50 = 3.4 mm, standart sapması  g =2.8‘dir.
a
ġekil 1a. Deney düzeneğinin menbadan görünüĢü
484
b
ġekil 1b. Deney düzeneğinin mansaptan görünüĢü
Maksimum kapasitesi 100 lt/sn. olan pompa bir hız kontrol cihazı ile bağlantılıdır. Bu cihaza bir
bilgisayar programı ile bilgi yüklenmekte ve pompa devir sayısı istenilen değerden istenilen
baĢka bir değere istenilen sürede çıkartılabilmekte ve tekrar eski konumuna istenilen sürede
getirilebilmektedir. ġekil 2‘de, çark devir sayısı ayarlanabilen pompa ve debi kontrol cihazı
gösterilmektedir. Ġkizkenar üçgen Ģeklindeki taĢkın hidrografları kanalı besleyen pompaya bağlı
bu hız kontrol cihazı ile oluĢturulmaktadır.
a
b
ġekil 2a. Pompa.
ġekil 2b. Debi kontrol cihazı.
485
Bu çalıĢmada, cihaza verilen program ile 9.5 lt/sn lik taban debisinin 70 lt/sn lik pik debiye 300
saniyede çıktığı ve tekrar 9.5 lt/sn ye 300 saniyede indiği simetrik üçgen Ģeklindeki bir hidrograf
kullanılmıĢtır (ġekil 3).
Q (lt/s)
70
9.5
300 sn
300 sn
t (s)
ġekil 3. Deney sırasında kullanılan üçgen Ģekilli hidrograf
ġekil 4‘te gösterilen OPTIFLUX 1000 elektromanyetik debimetre, Faraday kanununa göre
çalıĢmaktadır. Debimetrenin montajı besleme hattı üzerine yapılmıĢtır. Düzgün akım Ģartları
oluĢturmak için memba yönünde boru çapının en az 5 katı ve mansap yönünde ise en az 2 katı
düz borudan oluĢması Ģeklindeki koĢul sağlanacak Ģekilde yerleĢtirilmiĢtir.
ġekil 4. Elektromanyetik debimetre.
Su seviyesi ölçümü için ġekil 5.a‘da verilen Pulsar IMP+ seviye ölçer kullanılmıĢtır. Mevcut iki
adet seviye ölçer ile aynı anda iki farklı kesitte zamana bağlı olarak ölçümler yapılabilmektedir.
IMP+ seviye ölçer cihazı ġekil 5.b‘de verilen hareketli sisteme bağlanarak deney sonrası oluĢan
taban Ģekilleri belirlenmiĢtir. Cihazdan çıkan iki kablodan bir tanesi güç kablosu olarak prize
diğeri monitöre bağlanmaktadır. 1 mm hassasiyetle okunan değerler ġekil 6‘da gösterilen veri
kaydedicide depolanmaktadır. Altı farklı giriĢi olan bu kaydedici her saniyede veri
alabilmektedir.
486
a
a
b
b
ġekil 5a. IMP+ seviye ölçer.
ġekil 5b. Seviye ölçer için hareketli sistem.
ġekil 6. Veri kaydedici.
Bu çalıĢmada kenarı 3.5 cm olan kare en kesitli köprü ayağı etrafında oluĢan oyulmalar
incelenmiĢtir (ġekil 7 ve 8). Köprü ayağı kanalın menba ucundan 11.5 metre uzaklıkta
yerleĢtirilmiĢtir. Hız ölçümü için tasarlanan Ultrasonik Hız Profil (UVP) cihazı algılayıcıları
köprü ayağı etrafına dik konumda yerleĢtirilmiĢ ve zamana bağlı oyulma derinlikleri dolaylı
olarak ölçülmüĢtür. ġekil 7‘den de görüleceği gibi Tr1, Tr2 ve Tr3 algılayıcıları sırasıyla
köprünün menba, yan ve mansap yüzüne yerleĢtirilmiĢtir.
487
Akım yönü
a = 3.5 cm
Tr 3
Tr1
a = 3.5 cm
Tr 2
ġekil 7. Köprü ayağı kesiti ve algılayıcıların konumları
ġekil 8. Köprü ayağı ve etrafına yerleĢtirilen algılayıcılar
488
3.DENEYSEL SONUÇLAR
Taban ve pik debileri sırasıyla 9.5 lt/s ve 70 lt/s ve toplam süresi 600 sn (yükselme ve alçalma
süreleri 300 er saniye) olan ikizkenar üçgen hidrografın geçirilmesi ile köprü ayağı etrafında
meydana gelen yerel oyulma değerleri zamana bağlı olarak ġekil 9‘da sunulmuĢtur.
Köprü ayağının menba tarafına yerleĢtirilen Tr1 algılayıcısından elde edilen değerlere göre
maksimum oyulma derinliği yaklaĢık 6 cm ve nihai oyulma derinliği ise yaklaĢık 4.8 cm
mertebesindedir. Buna karĢılık köprü ayağının yan tarafına yerleĢtirilen Tr2 algılayıcısından elde
edilen verilere göre oyulma derinlikleri daha küçük değerde olup maksimum oyulma derinliği
yaklaĢık 5.2 cm iken nihai oyulma derinliği aynı noktada 3.5 cm mertebesindedir.
Köprü ayağının mansap tarafında oluĢan çalkantılı akımdan dolayı taban malzemesi saçılmıĢ ve
bu noktaya yerleĢtirilen Tr3 algılayıcısından sağlıklı veri alınamamıĢtır. Meydana gelen bu
saçılmalar deney sırasında da gözlemlenmiĢtir (ġekil 9.c).
ġekil 9a-b. Tr1 ve Tr2 algılayıcılarından kaydedilen yerel oyulmalar ve ölçülen debi değeri.
489
ġekil 9c. Tr3 algılayıcısından kaydedilen yerel oyulmalar ve ölçülen debi değeri
ġekil 9‘da görüldüğü gibi ölçüm noktalarında oyulmanın yanı sıra depolanma da
gözlemlenmiĢtir. Ayak etrafında önce oyulma baĢlamakta, meydana gelen oyulma çukuru zaman
içerisinde menbadan gelen malzeme ile dolmakta ve daha sonra yine oyulma kararlı durum
oluĢuncaya kadar devam etmektedir.
ġekil 10‘de deney sonrasında çekilen fotoğraflar görülmektedir.
ġekil 10. Deney sonrası görüntüler.
490
ġekil 10. Deney sonrası görüntüler (devam)
491
ġekil 10. Deney sonrası görüntüler (devam)
Bu çalıĢmada, kararsız akım Ģartları altında kare kesitli köprü orta ayağı etrafında meydana gelen
hareketli taban oyulmalarının zamana bağlı değiĢimi incelenmiĢtir. Kararsız akım Ģartları
ikizkenar üçgen hidrograf oluĢturularak sağlanmıĢtır. Meydana gelen maksimum oyulma
derinlikleri beklendiği gibi hidrografın pik değerine ulaĢtığı zamanda meydana gelmiĢtir.
Deney sonuçlarına göre maksimum oyulma derinliğinin nihai oyulma derinliğine göre daha fazla
olduğu görülmüĢtür. Dolayısıyla zamana bağlı oyulma derinliklerinin belirlenmesi oyulma
sürecinin anlaĢılmasında önemli bir rol oynamaktadır.
Literatürde verilen ampirik bağıntıların büyük çoğunluğu zamanla değiĢmeyen akım durumuna
karĢılık gelmekte olup deneysel bulgularımızın nicel değerlendirilmesi çalıĢmaları devam
etmektedir.
TeĢekkür
Bu çalıĢma TÜBĠTAK 109M637 nolu proje kapsamında gerçekleĢtirilmiĢ olup yapılan maddi
katkılar nedeniyle yazarlar TÜBĠTAK‘a müteĢekkirdir.
KAYNAKLAR
1. Yanmaz M., Köprü Hidroliği, ODTÜ yayınevi, 2002.
492
COĞRAFĠ BĠLGĠ SĠSTEMLERĠ
ALMUS BARAJ GÖLÜNDE SICAKLIK, ÇÖZÜNMÜġ OKSĠJEN VE
ELEKTRĠKSEL ĠLETKENLĠK ARASINDAKĠ ĠLĠġKĠNĠN COĞRAFĠ
BĠLGĠ SĠSTEMĠ ĠLE DEĞERLENDĠRĠLMESĠ
Fatih POLAT
GaziosmanpaĢa Üniversitesi, Almus Meslek Yüksekokulu, TOKAT
[email protected]
Esin Hande BAYRAK
[email protected]
Semire KALPAKÇI YOKUġ
[email protected]
ÖZET
Akarsu, baraj, göl ve gölet gibi her geçen gün kirlilik yükleri daha da artan su kaynaklarının su
kalitelerinin, sürekli izlenmesi gerekmektedir. Coğrafi bilgi sistemi ve uzaktan algılama
teknolojisi geniĢ alanlarda yüzey suları ile ilgili olarak konumlandırma çalıĢmalarında önemli
olanaklar sunmaktadır. Ele alınan kirlilik ölçütlerini görsel hale getirerek alansal analizlerinin
yapılmasına olanak tanıması bu yeni teknolojinin gücünü açıkça ortaya koymaktadır [Polat,
2009].
Yapılan çalıĢmada Tokat ili Almus ilçesinde bulunan Almus Baraj Gölü‘nde belirlenen 9
istasyonda, sıcaklık, çözünmüĢ oksijen, elektriksel iletkenlik yıllık ortalama değerler olarak
belirlenmiĢ ve sonuçlar Coğrafi Bilgi Sistemleri (CBS) ile değerlendirilmiĢtir. Arazi çalıĢmaları
sonucunda elde edilen ve XYZ veritabanına iĢlenen su değiĢkeni verileri alansal dağılım
haritalarına, baĢka bir deyiĢle kareler ağı (raster veya grid) haritalarına dönüĢtürülmüĢtür.
ÇalıĢmamızda, bu dönüĢtürme iĢlemi ARCGIS 9.1 coğrafi bilgi sistemleri yazılımında
gerçekleĢtirilmiĢtir [ESRI, 2004]. Elde ettiğimiz XYZ veri tabanında bulunan su değiĢkenlerine
ait bilgiler Kriking metodu (spherical semivariogram) kullanarak ARCGIS 9.1 de 30 m
çözünürlüğe enterpole edilmiĢtir. Sonuçta her bir parametre için alansal dağılım haritaları (raster
haritalar) üretilmiĢtir.
Örnekleme noktalarının coğrafik referansları Küresel Konumlama Sistemi (GPS) kullanılarak
belirlenmiĢtir. Koordinat değerleri ve bu koordinatlardaki analiz sonuçlarını içeren bir XYZ veri
tabanı Microsoft-Excel`de oluĢturulmuĢtur. Analizler su ve atık su analizlerinde geçerli metot
olan ―Standart Metotlara‖ göre yapılmıĢtır [APHA; AWWA; WPCF, 1989].
Sonuç olarak sıcaklık, çözünmüĢ oksijen ve elektriksel iletkenlik parametreleri için yıllık
ortalama değerlerini içeren alansal raster haritalar (ġekil 2.) oluĢturulmuĢtur. Rengin tonu ve
Ģiddeti, konsantrasyon değerine göre değiĢim göstermiĢtir. OluĢturulan haritalar ile istatistiksel
495
sonuçlar uyumlu bulunmuĢ, baraj gölünün belirli istasyonları arasındaki fark, renk tonu ve
Ģiddeti ile de açıkça ortaya konulmuĢtur. Aralarında pozitif korelasyon bulunan değiĢkenlerin
haritaları bir birine benzer çıkmıĢtır. Parametreler arasındaki korelasyonlar ile CBS
haritalarındaki alansal dağılımlar uyumlu bulunmuĢtur.
Bu yöntemin suların kalitesinin izlenmesinde kullanılabilir olduğu sonucuna varılmıĢ; nehir, göl
ve deniz gibi su kaynaklarının kalite kriterlerini değerlendirmede CBS‘nin geçerli bir metot
olduğu ortaya konulmuĢtur.
Anahtar Kelimeler: CBS, su kalitesi, Almus Baraj Gölü.
EVALUATION OF THE RELATION BETWEEN TEMPERATURE, DISSOLVED
OXYGEN AND ELECTRICAL CONDUCTIVITY IN ALMUS DAM LAKE BY USING
GEOGRAPHIC INFORMATION SYSTEM
ABSTRACT
Rivers, dams, lakes and ponds with each passing day as the water quality of water resources to
an increasing pollution loads, continuous monitoring is required. Geographic information system
and remote sensing technology for large areas of surface waters in relation to the positioning of
the work offers. Visual criteria for being dealt with by making the spatial analysis of pollution
permits to recognize the power of this new technology clearly sets out [Polat, 2009].
In this study, the province of Tokat Almus Almus Dam Lake in the district of the 9 stations,
temperature, dissolved oxygen, electrical conductivity and the results were determined as the
average annual values of Geographic Information Systems (GIS) and evaluated. XYZ is
committed to the database obtained from field studies and data to the variable spatial distribution
maps of water, in other words, the squares network (Raster or Grid) converted into maps. In our
study, this conversion process was conducted in ArcGIS 9.1 geographic information system
software [ESRI, 2004]. XYZ data base of information about the variables we have obtained in
the water Kriking method (spherical semivariogram) were interpolated using the ArcGIS 9.1 at a
resolution of 30 meters. The result for each parameter spatial distribution maps (raster maps)
were produced.
Sampling points, geographical references the Global Positioning System (GPS) were determined
using. XYZ coordinate values and the coordinates of a data base containing the results of the
analysis in the Microsoft-created in Excel. Analysis of water and waste water analysis, the
current method of "standard methods" are based on [APHA; AWWA; WPCF, 1989].
As a result, temperature, dissolved oxygen and electrical conductivity values for the parameters
of the annual average spatial raster maps (Figure 2) formed. Tone of the color and intensity,
concentration change based on the value shown. The generated maps were found compatible
with the statistical results, the difference between reservoir specific stations, hue and intensity
were also evident. Similar to one of the variables was a positive correlation between maps. The
correlations between the parameters were consistent with the GIS map; spatial distributions.
Concluded that this method can be used to monitor the water quality reached, river, lake and sea
resources such as water quality criteria for the evaluation of GIS was found to be a valid method.
Keywords: GIS, water quality, Almus Dam Lake.
496
1.YÖNTEM
1.1.AraĢtırma Yeri ve Ġstasyonlarının Tanımı
ÇalıĢma, Tokat‘ta bulunan Almus Baraj Gölünde, içerisinde göle giriĢ ve çıkıĢ sularının da
bulunduğu, gölü tanımlayacak Ģekilde 9 istasyonda, Ocak 2008-Ocak 2009 tarihleri arasında, bir
yıl boyunca, 2 ayda bir örnekleme yapılarak, gerçekleĢtirilmiĢtir. Örnekleme noktalarının
coğrafik referansları Küresel Konumlama Sistemi (GPS) kullanılarak belirlenmiĢtir.
ġekil 1. Almus Baraj Gölünde AraĢtırma Ġstasyonları
1.2.Su Numunelerinin Analizi
Gölde su analizleri TS 5089, TS 5090 ve TS 5106 Su Kalitesi Numune Alma Standartlarına
uygun olarak yapılmıĢ olup, sıcaklık, çözünmüĢ oksijen, elektriksel iletkenlik yerinde tespit
edilmiĢtir. Analizler su ve atık su analizlerinde geçerli metot olan ―Standart Metotlara‖ göre
yapılmıĢtır [APHA; AWWA; WPCF, 1989].
Sıcaklık, çözünmüĢ oksijen ve elektriksel iletkenlik ölçümleri için; farklı derinliklerde ölçüm
yapabilen, -5˚C ile +45˚C arasındaki sıcaklıkları 1˚C hassasiyetle, 0 mg/L ile 15 mg/L arasındaki
çözünmüĢ oksijen değerlerini 0.2 mg/L hassasiyetle ölçebilen, YSĠ 85D model taĢınabilir çoklu
parametre ölçüm cihazı kullanılmıĢtır. Her bir analiz için üçerli tekrar yapılmıĢ, sonuçlar
ortalama ± standart sapma olarak verilmiĢtir.
497
1.3.Verilerin Coğrafi Bilgi Sistemleri Ġle Değerlendirilmesi
Her bir istasyonda ölçülen sıcaklık, çözünmüĢ oksijen ve elektriksel iletkenlik parametrelerinin
yıllık ortalama değerleri Tablo 1. ‘de verilmiĢtir.
Tablo 1. Sıcaklık, ÇözünmüĢ Oksijen ve Elektriksel Ġletkenlik Parametrelerinin Yıllık
Ortalama Değerleri
Ġstasyon
No
1
2
3
4
5
6
7
8
9
XGEO
YGEO
Koordinat Koordinat
36,91672 40,35990
36,93698 40,38340
36,91692 40,40000
36,95807 40,36935
37,00633 40,35672
36,99885 40,34802
37,02000 40,34000
37,06710 40,33200
36,90703 40,40730
Sıcaklık (oC)
14,40
14,12
14,07
14,58
14,48
14,80
14,67
14,57
12,98
ÇözünmüĢ Oksijen
(mg/L)
9,87
10,21
10,17
9,83
9,87
10,02
10,15
10,21
11,00
Elektriksel Ġletkenlik
(mg/L)
305,35
301,77
305,62
300,73
301,63
299,65
305,53
315,12
304,47
Koordinat değerleri ve bu koordinatlardaki laboratuar analiz sonuçlarını içeren bir XYZ veri
tabanı Microsoft-Excel`de oluĢturulmuĢtur. Göl uzaysal veri tabanının oluĢturulması, arazi
çalıĢmaları sonucunda elde edilen ve XYZ veritabanına iĢlenen su değiĢkeni verilerinin alansal
dağılım haritalarına baĢka bir deyiĢle kareler ağı (raster veya grid) haritalarına
dönüĢtürülmesidir. ÇalıĢmamızda bu dönüĢtürme iĢlemi ARCGIS 9.1 [ESRI 2004] coğrafi bilgi
sistemleri yazılımında gerçekleĢtirilmiĢtir. Elde ettiğimiz XYZ veritabanında bulunan su
değiĢkenlerine ait bilgiler Kriking metodu (spherical semivariogram) kullanarak ARCGIS 9.1 de
30 m çözünürlüğe enterpole edilmiĢtir. Böylece sıcaklık, çözünmüĢ oksijen ve elektriksel
iletkenlik değiĢkenleri için 3 adet raster harita ġekil 2.‘de verildiği gibi oluĢturulmuĢtur. Her bir
haritada mavi renkler düĢük konsantrasyon değerlerini, kırmızı renkler yüksek konsantrasyon
değerlerini belirtirken, rengin Ģiddeti konsantrasyon değerleri ile doğru orantılı olarak
değiĢmektedir.
498
ġekil 2. Sıcaklık, ÇözünmüĢ Oksijen ve Elektriksel Ġletkenlik Arasındaki ĠliĢkiler
Not: Her bir haritada minimum değer koyu mavi, maksimum değer kırmızı renkle ifade
edilmiĢtir.
1.4.Ġstatiksel Analiz ve Değerlendirilme
Tablo 2. Analiz sonuçları
499
Her bir satırda üstteki değer iki değiĢken arasındaki korelasyonu, alttaki değer P-değerini belirtir.
ÇalıĢmada ele alınan değiĢkenlerin aralarındaki iliĢkiler iki değiĢken korelasyon analizi
(Pearson) yöntemiyle, Minitab yazılım programı kullanılarak araĢtırılmıĢtır. Analiz sonuçları
Tablo 2.‘de verilmiĢtir. Korelasyon analizi sonuçlarına göre; Sıcaklık-ÇözünmüĢ Oksijen
(-0.930), Sıcaklık-Elektriksel Ġletkenlik (-0.816), arasında negatif yönde korelasyon (negatif
yönde iliĢki), Elektriksel iletkenlik-ÇözünmüĢ Oksijen (0.743) arasında pozitif yönde korelasyon
mevcuttur.
Tablo 2‘de sıcaklık ile çözünmüĢ oksijen arasında (-0.930) ve sıcaklık ile elektriksel iletkenlik
arasında (-0.816) negatif yönde yüksek korelasyon mevcuttur. ġekil 2‘ye bakıldığında sıcaklığın
arttığı (kırmızı ve tonları ile gösterilen kısımlar) bölgelerde, çözünmüĢ oksijen ve elektriksel
iletkenliğin azaldığı (mavi ve tonları ile gösterilen kısımlar) görülmektedir. Yine Tablo 2‘ye göre
elektriksel iletkenlik ve çözünmüĢ oksijen arasında pozitif yönde yüksek sayılabilecek
korelasyon (0.743) mevcuttur. ġekil 2‘ye bakıldığında elektriksel iletkenlik ile çözünmüĢ
oksijenin paralellik gösterdiği görülmektedir.
2.SONUÇ
Sonuç olarak sıcaklık, çözünmüĢ oksijen ve elektriksel iletkenlik parametreleri için yıllık
ortalama değerlerini içeren alansal raster haritalar (ġekil 2.) oluĢturulmuĢtur. Rengin tonu ve
Ģiddeti konsantrasyon değerine göre değiĢim göstermiĢtir. OluĢturulan haritalar ile istatistiksel
sonuçlar uyumlu bulunmuĢ, baraj gölünün belirli istasyonları arasındaki fark, renk tonu ve
Ģiddeti ile de açıkça ortaya konulmuĢtur. Aralarında pozitif korelasyon bulunan değiĢkenlerin
haritaları bir birine benzer çıkmıĢtır. Parametreler arasındaki korelasyonlar ile CBS
haritalarındaki alansal dağılımlar uyumlu bulunmuĢtur.
Bu yöntemin suların kalitesinin izlenmesinde kullanılabilir olduğu sonucuna varılmıĢ; nehir, göl
ve deniz gibi su kaynaklarının kalite kriterlerini değerlendirmede CBS‘nin geçerli bir metot
olduğu ortaya konulmuĢtur.
KAYNAKLAR
1. Polat.F., 2009, Almus Baraj Gölünde Bazı Fizikokimyasal Parametrelerin Coğrafi Bilgi
Sistemleri İle Değerlendirilmesi Ve Gölün Fosfor Taşıma Kapasitesinin Belirlenmesi, Doktora
Tezi, Fırat Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Elazığ.
2. APHA, AWWA, WPCF, 1989, Standart Methods For the Examination of Water and
Wastewater.
3. ESRI, 2004, ArcGIS 9, Geoprocessing in ArcGIS, Environmental Systems Research Institute,
Redlands, California, U.S.A
500
PERĠ ÇAYI HAVZASININ VE SU POTANSĠYELĠNĠN CBS ĠLE
DEĞERLENDĠRĠLMESĠ
Murat ÇELĠKER
DSĠ 9. Bölge Müdürlüğü, ELAZIĞ
[email protected]
Sedat TÜRKMEN
Çukurova Üniversitesi, Müh. Mim. Fakültesi, Jeoloji Müh. Bölümü, ADANA
[email protected]
Ömer Faruk DURSUN
Ġnönü Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, ĠnĢaat Müh. Bölümü, MALATYA
[email protected]
ÖZET
Bu çalıĢmada, Fırat Nehrinin önemli bir yan kolu olan Peri Çayı Havzasının, hidrografik ve
jeomorfolojik özellikleri incelenmiĢtir. Havzada su kaynakları üzerinde Devlet Su ĠĢleri Genel
Müdürlüğü (DSĠ) tarafından geliĢtirilen projeler, Coğrafi Bilgi Sistemleri (CBS) ile
değerlendirilmiĢtir. Sürdürülebilir bir havza yönetiminin belirlenmesine yönelik; havza Ģekil
oranı, dere sıklığı, drenaj yoğunluğu ve iklimsel değiĢim gibi hidrografik özellikler ile havzanın
jeomorfolojik özelliklerini veren yükseklik, eğim ve bakı modellemeleri yapılmıĢtır. Çok büyük
havza olarak sınıflandırılan Peri Çayı Havzasının, drenaj alanı 5761.6 km² olarak hesaplanmıĢtır.
Peri Çayı Havzası, dar ve sade havza Ģeklinde olup havza Ģekil kat sayı oranı 9.81, drenaj
yoğunluğu 0.41 olarak bulunmuĢtur. Havza, 0.24 km²‘lik bir birim alanda drene olmaktadır.
Havzada uzun yıllar ortalama yağıĢ 440–760 mm, ortalama sıcaklık 6 °C–13 °C ve ortalama
bağıl neminin de 10–60 arasında dağılım gösterdiği belirlenmiĢtir. Havzada, 1982.93 GWh yıllık
toplam enerji üretimi ile 7891 ha arazinin sulanması planlanmaktadır.
Anahtar Kelimeler: CBS, Peri Çayı Havzası, hidroloji, dere sıklığı, dere yoğunluğu.
ASSESSMENT OF PERI STREAM BASIN AND WATER POTENTIAL WITH GIS
ABSTRACT
In this study, hydrographic and geomorphologic properties of Peri stream basin that an important
side branch of the Euphrates River, was investigated. Projects which developed by General
Directorate of State Hydraulic Works in the basin were inputted Geographic Information System
(GIS). the hydrographic features such as basin shape rate, stream frequency, drainage frequency
degree and drainage intensity and climatically changes and the geomorphologic features such a
altitude, downslope and aspect modeling were prepared. The drainage area of the Peri Basin,
classified as a big basin, was calculated to be 5761.6 km². The Peri Basin is a narrow and plain
501
basin and its shape quotient is as 9.81 and it drainage intensity is as 0.41 determined. Basin
drained in a unit area of 0.24 km². It was determined that average rainfall in the Basin was 440760 mm, average temperature was 6 ºC–13ºC and average relative humidity was 10–60. Respect
to developed projects in the basin, 1982.93 GWh annual total energy can be produced and 7891
hectare farm land can be irrigated.
Keywords: GIS, Peri stream basin, hydrology, stream frequency, stream intensity.
1.GĠRĠġ
Coğrafi Bilgi Sistemleri , farklı biçimdeki çeĢitli verileri elde etme ve analiz etme açısından
araĢtırmacılara geniĢ imkanlar sunar. CBS ile yapılan çalıĢmalarda doğru sonuca ulaĢabilmek
için, proje alanına iliĢkin teknik, tasarım ve ortam faktörlerinin incelenmesi gerekir Sundaram
(2006). Havza çalıĢmalarında genellikle havzaya iliĢkin farklı senaryolara iliĢkin farklı tematik
haritaların CBS yardımıyla üretilmesi ve bunların karar vericilerle paylaĢılması son derece
önemlidir [ġeker, vd., 2009].
Bir ülkenin su potansiyeline etki eden en önemli unsur yağıĢtır. Türkiye‘de yağıĢ miktarı ve
yağıĢ dağılıĢı üzerinde hava kütleleri-cephe sistemleri, yerĢekilleri, coğrafi konum gibi faktörler
etkili olmaktadır. Hava kütleleri ve cephelerin sıklıklarında mevsimsel olarak değiĢimler görülür.
Bu durum yağıĢ miktarı ve dağılıĢı üzerinde etkili olur. Bunun yanında hava kütleleri,
yerĢekillerinin yükseltisi, uzanıĢ doğrultusu ve zemin koĢullarından etkilenerek termik - dinamik
değiĢime uğrarlar, dolayısıyla yağıĢ üzerinde etkili olurlar [Çiçek, vd., 2009].
Akımlardaki trendin bilinmesi su kaynaklarının planlanması ve iĢletmesinde büyük önem taĢır.
Ortalama ve düĢük akımlarla ilgili hidrolik bilgiler, baraj ve haznelerin kapasitesinin hesabında
ve baraj iĢletmesinde, taĢkınlarla ilgili bilgiler taĢkın yapılarının projelendirilmesi ve
iĢletmesinde, düĢük akımlarla ilgili bilgiler, su kalitesinin kontrolü ile ilgili problemlerde ve su
temini projelerinde gereklidir [Yenigün, vd., 2007].
Bu çalıĢmada, CBS‘nin sağladığı analiz yeteneklerinden faydalanılarak noktalar arası komsuluk
iliĢkilerini içeren yakınlık analizi ile Peri Çayı Havzasının topografik ve hidrografik özellikleri
çıkartılarak, Peri Çayı ve Peri Çayını besleyen yan dereler üzerinde planlanan ve iĢletmeye
alınan hidroelektrik ve sulama amaçlı barajlarının coğrafik ve teknik özellikleri data verisi olarak
Arcgis 9.3 programına girilerek konum analizleri yapılmıĢtır.
Baraj, bent ve gölet gibi su yapılarının projelendirilmesi aĢamasında havza koruma yöntemleri de
ele alınmalıdır. Bu konuda coğrafi bilgi sistemleri etkili bir araçtır. CBS teknikleri kullanılarak
yapılan havza bilgileri çalıĢmaları, inĢaat projelendirme ve uygulamalarında önemli ekonomik,
zaman ve emek tasarrufu sağlar [Karabulut, vd.,].
2.MATERYAL VE METOT
Peri Çayı Havzası, Yukarı Fırat ana havzasında, Bingöl – Elazığ ili sınırları içerisinde yer alır.
Bingöl dağlarının kuzeyinden doğan Peri suyu, batıya doğru akarak Keban baraj gölüne
karıĢmaktadır. Havzanın büyük bir kısmı yüksek dağlar ve derin vadiler arasında yer almaktadır.
Peri Çayı Havzasındaki akarsu drenaj sistemleri, elektrik ve sulama barajları yapımı bakımından
önemli bir su potansiyelidir (ġekil1).
502
ġekil 1. Yer bulduru haritası.
Peri Çayı Havzasının 1/25.000 ölçekli topografya haritaları üzerinde coğrafi koordinatları tesbit
edilerek, havzada planlanan ve iĢletmeye alınan baraj ve göletlerin konumları belirlenmiĢtir.
Bilgisayar ortamında sayısal olarak tanımlanan sayısal arazi modelleri, DEM formatlarından
üretilmiĢtir. Elde edilen tüm veriler ARCGIS 9.3 programı kullanılarak havzanın, jeomorfolojik
ve hidrolojik indis hesaplamaları yapılmıĢtır.
3.BULGULAR
Arcgis 9.3 programı ile oluĢtulan Peri Suyu havzası, yaklaĢık 237.75m uzunluğunda, kuzeydoğu
– güneybatı yönünde uzanan, 5761.6 km² büyüklüğünde bir havzadır (ġekil 2). Uzunsoy ve
Görcelioğlu‘nun yaptığı havza sınıflama çalıĢmasına göre Peri Suyu Havzası Çok Büyük
Havzalar sınıfına girer (Tablo1).
Tablo 1. Havza çeĢitleri havza büyüklükleri
Havza Sınıflaması
Havza Büyüklüğü
Küçük Havzalar
Havza Alanı<100ha
Orta Büyüklükteki Havzalar
100 ha< Havza Alanı <1.000ha
Büyük Havzalar
1.000 ha <Havza Alanı< 10.000ha
Çok Büyük Havzalar
Havza Alanı>10.000ha
503
ġekil 2. Peri suyu havzası.
Havzanın en alçak kotu Keban Barajı maksimum su katu seviyesi olan 845 m. en yüksek kot ise
havzanın kuzey ve kuzey - doğu bölümünde 3186 m. ulaĢmaktadır. Eğimde havzanın güney ve
güney batı taraflarında 0 -16 º, kuzey ve kuzey doğu tarafında dik diyebileceğimiz 92 º
olmaktadır. Karların erime süresine etki eden ve flora çeĢitliliğinin oluĢmasında önemli bir rol
oynayan yamaç yönelimi haritası da oluĢturulmuĢtur (ġekil 3a, 3b, 3c).
ġekil 3a. Topoğrafya haritası
504
ġekil 3b. Eğim haritası
ġekil 3c. Bakı haritası
Bir havzada drenaj durumu veya drenaj kapasitesi o havzadaki doğal drenaj kanallarını oluĢturan
ana mecra ve ona bağlı bulunan çok çeĢitli ve değiĢik dereciklerdeki yan kolların veya derelerin
havzaya düĢen yağıĢ sularını boĢaltabilme yeteneği veya kapasitesidir [NiĢancı, vd., 2007].
Havza drenaj sistemi oluĢturulmuĢ Peri Çayının uzunluğu yaklaĢık olarak 237.75 km olarak
tespit edilmiĢtir. Peri Çayı Havzası yağıĢ havzasının drenaj sistemi tüm yan dereler ile birlikte
modellenerek, dere yoğunluğu ve dere sıklığı değerleri belirlenmiĢtir (ġekil 4 ).
505
Coğrafi bilgi sistemleri kullanılarak oluĢturulan, havza sınırı ve drenaj ağı modellemeleri,
erozyon ve sediment taĢınımı problemi çözümüne yönelik bir ön çalıĢma özelliği taĢır.
ġekil 4. Peri suyu havzası drenaj sistemi
Havza Ģekilleri her akarsu için farklılık gösterir [ÖzĢahin, 2008]. Havza Ģeklinin belirlenmesine
yönelik bazı katsayı uygulamaları bulunmaktadır. Bunlardan birisi de sekil katsayısı‘dır. Elde
edilen değerin büyüklügü arttıkça havza, dar ve uzun sekildedir [HoĢgören, 2001].
Sekil katsayısı: L² / A
L: Akarsuyun talveg uzunluğu
(1)
A: Havza alanı
Peri Çayı Havzasının, havza Ģekil katsayısı: (237.75)² / 5761.6 = 9.81
Bu katsayı oranı, havza seklinin sade karakteristik bir yapıda olan havza sekline sahip olduğunu
göstermektedir.
Drenaj yoğunluğu, havzanın drenaj durumunun belirlenmesinde önemli bir kriterdir. Drenaj
yoğunluğu havzada bulunan bütün derelerin toplam uzunluğunun havzanın alanına bölünmesiyle
elde edilir. Bir havzada drenaj yoğunluğu, yüzeysel akıĢ miktarı ile doğru orantılı bir geliĢim
göstermektedir. Genel olarak küçük drenaj yoğunluğu değerleri reliyefin alçak olduğu ve
arazinin sık bir vejetasyon örtüsü ile kaplı bulunduğu havzalarda ve alt toprağın çok dayanıklı
veya geçirgen olduğu bölgelerde görülmektedir. Büyük drenaj yoğunluğu değerleri dağlık ve
vejetasyonun seyrek olduğu ve alt toprağın da dayanıksız veya geçirgenliğinin az olduğu
yerlerde söz konusudur [NiĢancı vd., 2007] .
Dy= ΣL / A
(2)
Dy: drenaj yoğunluğu L: derelerin uzunlukları (km), A: havzanın alanı (km²)
Munzur havzası için: L: 2402,8 km A: 5761,6 km ² Dy= 2402,8 / 5761,6 = 0.41
506
Havzadaki dere sıklığı, bir havzada birim alana düĢen dere sayısını ifade eder. Bu sayı ne kadar
büyük olursa, havzanın drenaj durumu o kadar elveriĢlidir (NiĢancı vd., 2007). Bu değer harita
üzerinden sayılarak bulunabilecegi gibi, bir formüle baglı olarak da elde edilebilir (Scheideegger,
1961).
F= Drenaj yogunlugu karesi (Dy) ² x 0.694 (Sabit katsayı)
(3)
F= (0.41) ² x 0.694 = 0.24 km ² olarak bulunmustur. Bulunan bu değer, söz konusu havzanın
0.24 km ² sıklıkla drene edildiğini göstermektedir.
Akım trend değiĢiminin belirlenmesinde, yağıĢ, sıcaklık ve nem değerinin bilinmesi gerekir.
Peri Suyu Havzasının iklim özelliklerini temsil edebilecek Palu, Tunceli, Karakoçan ve Erzurum
yağıĢ istasyonlarından 1985 – 2005 yılları arası veriler alınarak havzanın eĢ yağıĢ, eĢ sıcaklık ve
eĢ nem haritaları oluĢturulmuĢtur (ġekil 5a, 5b, 5c). ). Havza da ortalama yağıĢ 440 – 760 mm,
ortalama sıcaklık 6 °C – 13 °C ve ortalama bağıl neminin de 10 – 60 arasında dağılım gösterdiği
belirlenmiĢtir.
ġekil 5a. EĢ – yağıĢ haritası
507
ġekil 5b. EĢ – sıcaklık haritası
ġekil 5c. EĢ – nem haritası
Peri Çayı üzerine DSĠ tarafından Selenk ve Kızılçubuk akım gözlem istasyonları kurularak uzun
yıllar ortalama akım değerleri ölçülmüĢtür (ġekil 6a, 6b). Yapılan eĢ yağıĢ modellemesi ile akım
gözlem istasyonları CBS‘ye data verisi olarak girilerek, akım – yağıĢ iliĢkisi çıkartılmıĢtır.
Selenk akım gözlem istasyonun Kızılçubuk akım gözlem istasyonuna göre hem daha yüksek
miktarda yağıĢ aldığı hem de daha geniĢ bir drenaj ağına sahip olduğu görülmektedir (ġekil 7).
508
aralık
kasım
ekim
eylül
ağustos
temmuz
haziran
mayıs
nisan
mart
şubat
ocak
m3/sn
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
aralık
kasım
ekim
eylül
ağustos
temmuz
haziran
mayıs
nisan
mart
şubat
70
60
50
40
30
20
10
0
ocak
m3/sn
ġekil 6a. Selenk akım gözlem istasyonu uzun yıllar akım değer ortalamaları (DSĠ)
ġekil 6b. Kızılçubuk akım gözlem istasyonu uzun yıllar akım değer ortalamaları (DSĠ)
ġekil 7. Akım gözlem istasyonu – eĢ yağıĢ haritası
509
Peri Suyu Havzasında 6 adeti Peri Çayı üzerinde olmak üzere, DSĠ ve özel sektör tarafından
tarafından toplam 7 adet planlanan ve iĢletmeye açılan enerji amaçlı baraj ve HES projesi olup,
ayrıca sulama amaçlı DSĠ tarafından planan ve iĢletmeye alınan 5 adet baraj ve gölet mevcuttur
(Tablo 2). Baraj ve HES projelerinin yıllık üretim miktarları ve coğrafik konumları CBS‘de
gösterilerek, barajların karakteristik özellikleri tanımlanan fieldlara data verisi olarak girilmiĢtir
(ġekil 8). Havzada yıllık toplam enerji üretimi, 1982.93 GWh olarak planlanmaktadır. Ayrıca
7891ha arazi de sulama projeleri kapsamında yer alır.
Tablo 2. Baraj ve Göletlerin Karakteristik Özellikleri (DSĠ, 2010)
İl
Baraj/Gölet
Aşaması
Amacı
Enerji F. (GWh/yıl)
Bingöl
Kiğı Barajı
İnşa Halinde
Enerji
Bingöl
Başköy Barajı
Planlama
Bingöl
Kazan Barajı
Planlama
Elazığ
Özlüce Barajı
Elazığ
Sulama F. (ha)
Kret K.
Gövde Tipi
Yük.(m)
449.59
1370
Kil Çekirdekli Kaya Dolgu
146
Enerji
139.8
1850
Kil Çekirdekli Zonlu Dolgu
31.5
Enerji
75.16
1808
Ön yüzü Beton Kaya Dolgu
75
İşletme
Enerji
413
1144
124
Pembelik Barajı
Planlama
Enerji
367
1031
77
Elazığ
Seyrantepe Barajı
İşletme
Enerji
161.38
964.4
34.4
Elazığ
Tatar Barajı
İnşa Halinde
Enerji
377
920
Homojen Dolgu
74
Elazığ
Kanatlı Barajı
Planlama
Sulama
4911
1326.33
75.33
Elazığ
Sarıcan Barajı
Planlama
Sulama
1600
1348
38
Elazığ
Kalecik Barajı
İşletme
Sulama
900
1126.2
28.5
Elazığ
Tatar Göleti
Planlama
Sulama
150
994.5
Homojen Dolgu
24.5
Tunceli
Yılmaz Göleti
Planlama
Sulama
330
1346.5
Homojen Dolgu
25
ġekil 8. Baraj ve HES projelerinin coğrafik konumları
510
SONUÇLAR
Coğrafi Bilgi Sistemleri ile yapılacak olan analizler, bir havzadaki su kaynakları üzerinde
geliĢtirilecek projelerin, ekonomik ve sürdürülebilir olması için önemli bir ön değerlendirme
çalıĢması olarak değerlendirilir.
Peri Çayı Havzasının hidrografik ve jeomorfolojik özellikleri modellenmiĢtir. Peri Çayının
beslenme havzasının büyüklüğü 5761.6 km², uzunluğu ise 237.75m olarak hesaplanmıĢtır.
Dört ayrı meteoroloji istasyonunda uzun yıllar veri ortalaması alınarak havzanın eĢ yağıĢ, eĢ nem
ve eĢ sıcaklık haritaları oluĢturularak, eĢ yağıĢın havza drenaj sistemi üzerindeki dağılımı
modellenmiĢtir. Ortalama yağıĢ 440 – 760 mm, ortalama sıcaklık 6 °C – 13 °C ve ortalama bağıl
neminin de 10 – 60 arasında dağılım gösterdiği görülmüĢtür.
Peri Çayı Havzası dar ve sade havza Ģeklinde olup havza Ģekil katsayısı oranı 9.81‘dir. 0.41
drenaj yoğunluğuna sahip havza, 0.24 km²‘lik bir birim alanda drene olmaktadır.
DSĠ tarafından Peri Çayı Havzasındaki su kaynakları üzerinde, 1982.93 GWh yıllık toplam
enerji üretimi ile 7891ha arazinin sulaması planlanmaktadır.
KAYNAKLAR
1. Çicek, Ġ., Ataol, M., (2009)., ―Türkiye‘nin Su Potansiyelinin Belirlenmesinde Yeni Bir
YaklaĢım‖, Coğrafi Bilimler Dergisi, Cilt:7(1), 51-56.
2. DMĠ., YağıĢ verileri, Elazığ.
3. DSĠ., Agibilgi.net., http://www2.dsi.gov.tr.
4. DSĠ., (2010). ―Takdim Raporu‖, Elazığ.
5. Hosgören, M. Y. (2001). ―Hidrografyanın Ana Çizgileri I‖, Ġstanbul: Çantay Kitabevi.
6. Karabulut, A., Akıncı, M., Madenoğlu, S., ―Ankara – Güvenç Gölet Havzası Coğrafi Bilgi
Sistemi
Destekli
Su
Erozyonu
Sediment
Korunumu
ÇalıĢması
(I)‖,
www.khgm.gov.tr/kutuphane/makale/makale004.htm.
7. NiĢancı R., Yıldırım V., Yıldırım A., (2007). ―Su Havzalarına Yönelik CBS Tabanı
Modellemesi: Trabzon Galyan Örneği‖, TMMOB Harita ve Kadastro Mühendisleri Odası Ulusal
Coğrafi Bilgi Sistemleri Kongresi. KTÜ. Trabzon.
8. ÖzĢahin E., (2008). ―Keçi Dere (Gönen Çayı‘nın Bir Kolu) Havzasının Hidrografik
Özelliklerine Sayısal YaklaĢım‖, Mustafa Kemal Üniversitesi Sosyal Bilimler Enstitüsü Dergisi
Cilt: 5, Sayı 10.
9. Scheidegger, A. E. (1961). ―Theoretical Geomorphology‖, Berlin: Göttingen, Heidelberg.
Springer-Verlag.
10. Sundaram, A. M. (2006). ―City Green Plan‖ as a Means to Achieve Sustainable
Development-GISApproach‖,Chennai,
http://www.gisdevelopment.net/application/urban/overview/urbano0026.htm.
511
11. ġeker D.Z., Tanık A., Öztürk D., (2009). ―CBS‘ nin Havza Yönetim ÇalıĢmalarında
Uygulanması‖, TMMOB Coğrafi Bilgi Sistemleri Kongresi, Ġzmir
12. Uzunsoy, O. ve Görcelioğlu, E., (1985). ―Havza Islahında Temel Ġlke ve Uygulamalar‖, ĠÜ
Orman Fakültesi Yayını, Ġstanbul
13. Yenigün, K., GümüĢ, V., (2007). ―Fırat Havzası Akımlarında Görülen Trendlerin
Nedenlerinin AraĢtırılması‖, V. Ulusal Hidroloji Kongresi, ODTÜ, Ankara.
512
KARADUVAR BÖLGESĠ (MERSĠN) YERALTI SULARINDA GÖRÜLEN
AĞIR METAL KĠRLĠLĠĞĠNĠN ARAġTIRILMASI
Volkan KAPLAN
MEÜ., Mühendislik Fakültesi, Jeoloji Müh. Bölümü, MERSĠN
[email protected]
Cüneyt GÜLER
[email protected]
Can AKBULUT
[email protected]
ÖZET
Bu çalıĢma kapsamında, Mersin ili Akdeniz Belediyesi sınırları içerisinde yeralan Karaduvar
bölgesindeki mevcut kuyulardan alınan 55 adet su örneğinde kimyasal parametreler (As, Cd, Co,
Cr, Cu, Fe, Mn, Mo, Ni, Pb ve Zn) ICP-MS yöntemi kullanılarak ölçülmüĢtür. Elde edilen
sonuçlar yorumlanarak, bölgedeki yeraltı sularında görülen ağır metal kirliliğinin miktarında
meydana gelen mevsimsel değiĢimler ve bunların nedenleri belirlenmeye çalıĢılmıĢtır. Ayrıca,
çalıĢma alanında önceki yıllarda yapılan benzer çalıĢmalar da bir Coğrafi Bilgi Sistemi (CBS)
veritabanında derlenmiĢ ve bu çalıĢmalara ait veriler, güncel analiz sonuçlarıyla karĢılaĢtırılarak
bölgede görülen ağır metal kirliliğinin yıllara bağlı değiĢimleri ortaya konulmuĢtur. Elde edilen
sonuçlara bağlı olarak; Karaduvar bölgesinde görülen yüksek As, Cu, Pb ve Zn
konsantrasyonlarının tarımsal faaliyetlerde kullanılan çeĢitli kimyasallardan (pestisit ve kimyasal
gübreler) kaynaklandığı söylenebilir. Ayrıca, yeraltı sularındaki yüksek Cd ve Mo
konsantrasyonlarının yakın geçmiĢe kadar bölgede yürütülen rafineri ve enerji üretim
faaliyetlerinden kaynaklandığı düĢünülmektedir. Akifer genelinde görülen yüksek Co, Cr, Fe,
Mn ve Ni konsantrasyonlarının ise jeolojik faktörler sonucu meydana geldiği saptanmıĢtır.
Anahtar Kelimeler: Yeraltı suyu, ağır metal kirliliği, coğrafi bilgi sistemleri, karaduvar.
INVESTIGATION OF HEAVY METAL CONTAMINATION IN GROUNDWATER
AROUND KARADUVAR REGION (MERSIN)
ABSTRACT
In this study, 55 groundwater samples were collected from the existing wells in the Karaduvar
district, located within the limits of Akdeniz municipality of the city of Mersin, and analyzed for
chemical parameters (As, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Mo, Ni, Pb and Zn) using ICP-MS method.
Using these methods, it was tried to determine the seasonal changes occurring in the amounts of
513
heavy metal contamination in the groundwater samples of the region and the causes for these
changes. Furthermore, also data from similar studies conducted in the previous years (in the
study area) were compiled in a Geographic Information System (GIS) database and these data
were compared to analytical results from this study to depict the seasonal changes occurring in
the amounts of heavy metal contamination. The results indicate that the high concentrations of
As, Cu, Pb, and Zn in Karaduvar region may result from various chemicals such as pesticide and
chemical fertilizers which are used in agricultural activities. Additionally, high concentrations of
Cd and Mo in ground water may rise from refinery and energy production activities that have
been active until recently. Finally, high Co, Cr, Fe, Mn and Ni concentrations occurring in the
aquifer is probably related to geologic factors take part in the study area.
Keywords: Groundwater, heavy metal pollution, geographic information systems, karaduvar.
1.GĠRĠġ
Su kirliliği, günümüzde karĢılaĢılan çevre sorunlarının en önemlilerinden biridir. Yeryüzüne
düĢen sular; dere, çay, nehir, vs. halinde oluĢturduğu yatak boyunca akarken veya topraktan
sızarak yeraltı su kaynaklarını oluĢtururken, sürekli temas halinde olduğu kayaçlardan bünyesine
aldığı elementler veya ortama verilen katı ve sıvı atıklardan dolayı büyük miktarda
kirlenmektedir. Kirlenen bu suların bir kısmı yeraltı su kaynaklarına, bir kısmı deniz, göl gibi
yüzeysel su kaynaklarına taĢınarak kirliliğe neden olmaktadır [Çalım, 1998]. Yeraltı sularında
bulunan kimyasal kirleticiler; zehirli maddeler, radyoaktif elementler, metal iyonlar ve petrol
türevleridir. Zehirli maddeler olarak sınıflandırılan kurĢun, çinko, bakır, kadmiyum ve arsenik
gibi ağır metaller en önemli kirleticilerdir [Durmaz, 2001]. Bu ağır metaller su kaynaklarına,
tarımsal kimyasallar, endüstriyel ve evsel atıklar, depolama alanlarından sızan sular veya asit
yağmurlarının toprağı ve dolayısıyla bileĢiminde bulunan ağır metalleri çözmesi ve çözünen ağır
metallerin yüzey ve yeraltı sularına ulaĢmasıyla geçerler. Yüzey ve yeraltı sularına taĢınan ağır
metaller aĢırı derecede seyrelirler ve kısmen karbonatlı, sülfatlı ve sülfürlü katı bileĢikler
oluĢturarak çökelir ve bölgesel olarak zenginleĢirler. Sediment tabakasının adsorpsiyon
kapasitesi sınırlı olduğundan dolayı da, bu suların ağır metal konsantrasyonları genellikle
yükselme eğilimindedir [Kahvecioğlu vd., 2004].
Ağır metallerin ekolojik sistemdeki yayılımlarının doğal çevrimlerden daha çok, insanın neden
olduğu etkiler nedeniyle olduğu görülmektedir. Sürekli ve kullanıma bağlı kirlenmenin yanı sıra,
kazalar sonucu da ağır metallerin çevreye yayılımı önemli miktarlara ulaĢabilmektedir [Soyaslan,
2004; Güler ve Alpaslan 2006; Kahvecioğlu vd., 2004]. Ağır metallerin çevreye yayılımında
etken olan en önemli endüstriyel faaliyetler çimento üretimi, demir-çelik sanayi, termik
santraller, cam üretimi, çöp ve atık çamur yakma tesisleridir. Havaya atılan ağır metaller, sonuçta
karaya ve buradan bitkiler ve besin zinciri yoluyla da hayvanlara ve insanlara ulaĢırlar ve aynı
zamanda hayvan ve insanlar tarafından havadan aeresol olarak solunurlar. Ağır metaller,
endüstriyel atık suların içme sularına karıĢması yoluyla veya ağır metallerle kirlenmiĢ
partiküllerin tozlaĢması yoluyla da hayvan ve insanlar üzerinde etkin olurlar [Kahvecioğlu vd.,
2004].
Yeraltı suyunun kullanıldığı alanlarda suyun kalitesini korumak için gerekli tedbirler alınmadığı
taktirde, zamanla yeraltı suyu kalitesinin bozulması mümkündür. Yapılan bu çalıĢmada,
Karaduvar bölgesindeki yeraltı sularında görülen ağır metal kirliliğinin sebepleri ve
konsantrasyonlarında meydana gelen mevsimsel değiĢimler araĢtırılmıĢtır.
514
2.YÖNTEM
Karaduvar kıyı akiferinin kimyasal özelliklerini karakterize etmek amacıyla bölgedeki tulumbalı
kuyulardan her bir örnekleme dönemi için toplam 55 adet yeraltı suyu örneği alınmıĢtır (ġekil 1).
Bölgede, petrol türevlerinin varlığı saptanan kuyular ―kirli‖, petrol türevi bulunmayan kuyular
ise ―temiz‖ olarak sınıflandırılmıĢtır. Örnekleme ĢiĢelerinden kaynaklanabilecek kirliliklerin
önüne geçmek ve kirliliği en aza indirgemek amacıyla örnek ĢiĢeleri laboratuvarda saf su ile
seyreltilmiĢ %5‘lik hidroklorik asitte (HCl) 24 saat bekletildikten sonra saf su kullanılarak
yıkanmıĢ ve arazide her örnekleme noktasında alınacak olan su örneğiyle üç defa çalkalanmıĢtır.
Her örnekleme noktasında, 250 mL kapasiteli HDPE (high density polyethene) plastik ĢiĢelere
alınan bu örneklere, örnekleme ĢiĢelerine katyonların absorbe olmasını veya çökelmesini
önlemek için pH<2 olacak Ģekilde (yaklaĢık 2 mL) nitrik asit (HNO3) ilave edilmiĢtir. Alınan su
örnekleri, buharlaĢma etkilerini azaltmak açısından laboratuvara bir portatif buzlukta taĢınmıĢ ve
analizler yapılıncaya kadar bir soğutucuda +4°C‘de muhafaza edilmiĢtir. Yeraltı suyu
örneklemesi için seçilen kuyuların derinlikleri 5-15 m arasında değiĢmekte olup düzenli olarak
tarımsal sulama faaliyetlerinde kullanılmaktadırlar. Alınan su örneklerinin arazi Ģartlarını
karakterize etmesi açısından örneklemeler, kuyu hacminin üç katı bir hacim kadar su
pompalandıktan sonra yapılmıĢtır.
ġekil 1. ÇalıĢma alanının genel durumu ve yeraltı suyu örnekleme noktaları
Yeraltı suyu örneklerindeki 11 adet iz elementin/ağır metalin (As, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Mo,
Ni, Pb ve Zn) konsantrasyonları Agilent 7500ce marka indüktif olarak eĢleĢmiĢ plazma-kütle
spektrometresi (ICP-MS) ile tayin edilmiĢtir.
3.BULGULAR
Yeraltı Suyu Kimyasal Parametrelerinin Zamana Bağlı DeğiĢimleri
DeğiĢik dönemlerde (Mart 2006, Kasım 2006, Nisan 2007, Temmuz 2007 ve Mayıs 2010) ―kirli‖
ve ―temiz‖ kuyularda ölçülen 11 ağır metale (As, Cd, Cr, Co, Cu, Fe, Mn, Mo, Ni, Pb ve Zn) ait
konsantrasyon değerleri Box-Whisker grafiği kullanılarak sunulmuĢtur (ġekil 2). Ayrıca, bu 11
515
ağır metalin değiĢik dönemlere ait konsantrasyon değiĢimlerini yansıtan tematik haritalar da bir
CBS yazılımı kullanılarak oluĢturulmuĢtur (ġekil 3-7).
ġekil 2. ÇalıĢma alanından değiĢik dönemlerde alınan yeraltı suyu örneklerinde ölçülen ağır
metal konsantrasyonlarının Box-Whisker grafiği ile gösterimi
3.1.1.Arsenik (As)
ġekil 2‘deki Box-Whisker grafiği incelendiğinde, Mart 2006 ve Mayıs 2010 arasındaki dönemde
petrol kirliliğine maruz kalmamıĢ ―temiz‖ kuyulardaki medyan As konsantrasyonlarının Kasım
2006 dönemi dıĢında oldukça sabit ve benzer olduğu görülmektedir. Ayrıca, Mart 2006 ve Kasım
2006 arasındaki dönemde ―temiz‖ kuyulardaki As konsantrasyonları daha geniĢ bir aralıkta
görülmektedir. Diğer yandan, petrol kirliliğine maruz kalmıĢ ―kirli‖ kuyulardaki medyan As
konsantrasyonlarının ―temiz‖ kuyularla karĢılaĢtırıldığında daha yüksek değerler gösterdiği
görülmektedir. Ayrıca, ―kirli‖ kuyularda, Mart 2006 ve Mayıs 2010 arasındaki dönemde medyan
As konsantrasyonlarında 10 kata varan bir artıĢ meydana gelmiĢtir. Bu durumun nedeninin;
akifer genelinde petrol kirliliğinin göreceli olarak azalması sonucu meydana gelen
fizikokimyasal değiĢimler olduğu düĢünülmektedir. Karaduvar bölgesinde görülen yüksek As
konsantrasyonları, doğal olarak akifer sedimanlarındaki yüksek As miktarlarıyla açıklanabileceği
gibi [Güler vd., 2010], bölgede, iç içe yürütülen endüstriyel-tarımsal faaliyetlerin de (özellikle
rafineri faaliyetleri, pestisit ve kimyasal gübre kullanımı) bu durum üzerinde önemli etkileri
olduğu düĢünülmektedir.
516
Ölçülen As değerlerinin değiĢik dönemlerdeki arazi dağılım haritaları incelendiğinde, bu
dağılımların büyük benzerlikler gösterdiği görülmektedir (ġekil 3-7). Bölgede ölçülen en yüksek
As değerleri, genellikle çalıĢma alanının batısında bulunan petrol türevi depolama tanklarının
hemen güneyinde (petrol kirliliğine maruz kalmıĢ kesimlerde) ve Karaduvar limanı civarında
gözlenmektedir.
ġekil 3. Ağır metal konsantrasyonlarının Mart 2006 dönemindeki alansal dağılımı (petrol
kirliliğine maruz kalan bölgenin sınırı kırmızı çizgi ile gösterilmiĢtir)
3.1.2.Kadmiyum (Cd)
ġekil 2‘deki Box-Whisker grafiği incelendiğinde, Mart 2006 ve Nisan 2007 arasındaki dönemde
―kirli‖ ve ―temiz‖ kuyulardaki medyan Cd konsantrasyonlarında ciddi bir düĢüĢ (100 kattan
fazla) gözlenmektedir. Temmuz 2007 ve Mayıs 2010 arasındaki dönemde ise yeraltı suyu
örneklerinde Cd miktarı birkaç örnek hariç yok denecek kadar azdır. Mart 2006 ve Mayıs 2010
arasındaki dönemde görülen dikkat çekici diğer bir nokta ise; ―kirli‖ kuyulardaki medyan Cd
konsantrasyonlarının ―temiz‖ kuyulardakine göre daha düĢük değerler almasıdır. Bu durum,
yeraltı sularındaki Cd miktarının bölgedeki petrol kirliliği ile doğrudan iliĢkili olmadığını
göstermektedir. Genel itibariyle, yeraltı sularındaki yüksek Cd konsantrasyonlarının sebebinin,
yakın geçmiĢe kadar bölgede yürütülen petrol rafineri faaliyetleri ve dizel yakıtıyla çalıĢan
tekmik santralden atılan yanma ürünü gazlar ve bazı petrol türevi depolama tesislerinde meydana
gelen yangınlardır. Ölçülen Cd değerlerinin değiĢik dönemlerdeki arazi dağılım haritaları
incelendiğinde, bu dağılımların büyük benzerlikler gösterdiği görülmektedir (ġekil 3-7).
517
ġekil 4. Ağır metal konsantrasyonlarının Kasım 2006 dönemindeki alansal dağılımı (petrol
kirliliğine maruz kalan bölgenin sınırı kırmızı çizgi ile gösterilmiĢtir).
3.1.3.Kobalt (Co)
petrol kirliliğine maruz kalmamıĢ ―temiz‖ kuyulardaki medyan Co konsantrasyonlarının Mart
2006 ve Temmuz 2007 dönemleri hariç oldukça benzer ve yüksek değerler sergiledikleri
görülmektedir. Özellikle, yağıĢlı mevsimlerde alınan yeraltı suyu örneklerinde yüksek Co
değerlerinin görülmesi, bu elementin mevsimsel olarak değiĢimlere maruz kaldığını
göstermektedir. Bununla birlikte, Mart 2006 ve Mayıs 2010 arasındaki dönemde ―kirli‖
kuyulardaki Co konsantrasyonları daha geniĢ bir aralıkta görülmekte ve daha yüksek
konsantrasyon değerleri sergilemektedirler. Ayrıca, ―kirli‖ kuyularda, Mart 2006 ve Mayıs 2010
arasındaki dönemde medyan Co konsantrasyonlarında 10 kata varan bir artıĢ meydana gelmiĢtir.
Bu durumun nedeninin; akifer genelinde petrol kirliliğinin göreceli olarak azalması sonucu
meydana gelen fizikokimyasal değiĢimler olduğu düĢünülmektedir. Co konsantrasyonlarında
meydana gelen değiĢimlere benzer değiĢimler As elementi için de mevcuttur.
Ölçülen Co değerlerinin değiĢik dönemlerdeki arazi dağılım haritaları incelendiğinde, bu
Co değerleri, genellikle çalıĢma alanının batısında bulunan petrol türevi depolama tanklarının
hemen güneyinde (petrol kirliliğine maruz kalmıĢ kesimlerde) ve Karaduvar limanı civarında
gözlenmektedir.
518
ġekil 5. Ağır metal konsantrasyonlarının Nisan 2007 dönemindeki alansal dağılımı (petrol
3.1.4.Krom (Cr)
petrol kirliliğine maruz kalmamıĢ ―temiz‖ kuyulardaki medyan Cr konsantrasyonlarının, ―kirli‖
kuyulardaki medyan Cr konsantrasyonlarından daha yüksek değerler sergilediği görülmektedir.
Özellikle, değiĢik dönemlerde alınan yeraltı suyu örneklerindeki Cr konsantrasyonlarında
görülen düzensiz artıĢ ve azalıĢlar, bu elementin mevsimsel olarak değiĢimlere maruz kaldığını
göstermektedir. Özellikle, Temmuz 2007 ve Mayıs 2010 dönemlerinde, ―kirli‖ ve ―temiz‖
kuyular arasında Cr konsantrasyonları için görülen fark 1000 kattan daha fazladır. Bu durum
nedeniyle, akifer genelinde görülen yüksek Cr konsantrasyonlarının jeolojik faktörler sonucu
meydana geldiği düĢünülmektedir. Önceki çalıĢmalarda [Güler vd., 2010], Deliçay‘ın drenaj
havzası içersinde bulunan ve yüksek oranda kromit minerali içeren ofiyolitler, akifer
sedimanlarında görülen yüksek Cr içeriğinin kaynağı olarak gösterilmektedir.
Ölçülen Cr değerlerinin değiĢik dönemlerdeki arazi dağılım haritaları incelendiğinde, bu
Cr değerleri, genellikle çalıĢma alanının kuzey kesimlerinde gözlenmektedir.
519
ġekil 6. Ağır metal konsantrasyonlarının Temmuz 2007 dönemindeki alansal dağılımı (petrol
3.1.5.Bakır (Cu)
―temiz‖ ve ―kirli‖ kuyulardaki medyan Cu konsantrasyonlarının Kasım 2006 ve Temmuz 2007
dönemleri hariç oldukça benzer ve yüksek değerler sergiledikleri görülmektedir. Özellikle,
değiĢik dönemlerde alınan yeraltı suyu örneklerindeki Cu konsantrasyonlarında görülen düzensiz
artıĢ ve azalıĢlar, bu elementin mevsimsel olarak değiĢimlere maruz kaldığını göstermektedir.
Bölgede daha önce yapılan çalıĢmalarda [Güler vd., 2010], toprakta görülen yüksek Cu
miktarlarının, tarımsal faaliyetlerde kullanılan çeĢitli kimyasallardan kaynaklandığı
vurgulanmaktadır. DeğiĢik dönemler arasında, yeraltı sularındaki Cu konsantrasyonlarında
görülen düzensiz ve ani artıĢlar da (10.000 kata varan konsantrasyon farkları) bu yorumu
destekler niteliktedir.
Ölçülen Cu değerlerinin değiĢik dönemlerdeki arazi dağılım haritaları incelendiğinde, bu
Cu değerleri, genellikle çalıĢma alanının batısında bulunan petrol türevi depolama tanklarının
güneyinde ve Akdeniz sahiline yakın kesimlerde gözlenmektedir ve bu bölgeler tarım
faaliyetlerinin yoğun olarak yapıldığı alanlardır.
520
ġekil 7. Ağır metal konsantrasyonlarının Mayıs 2010 dönemindeki alansal dağılımı (petrol
3.1.6.Demir (Fe)
petrol kirliliğine maruz kalmıĢ ―kirli‖ kuyulardaki medyan Fe konsantrasyonlarının ―temiz‖
kuyulardaki medyan Fe konsantrasyonlarından 100 kata varan bir oranda daha yüksek değerler
sergilediği ve konsantrasyon değerlerinin hem ―temiz‖ hem de ―kirli‖ kuyular için değiĢik
dönemlerde oldukça düzenli bir paralellik gösterdiği görülmektedir. ÇalıĢma alanında, petrol ve
türevleri tarafından kirletilmiĢ kuyularda yüksek Fe konsantrasyonlarının gözlenmesinin ana
nedeni, kirlilikten dolayı ortamın pH‘sında görülen önemli azalmalar ve mikrobiyal
faaliyetlerdeki artıĢtır. Özellikle petrol türevleri tarafından kirlenen bölgelerde gözlenen bu
durum; sülfat ve nitratın mikrobiyal faaliyetler sonucu gerçekleĢen indirgenme reaksiyonlarına
bağlı olarak oluĢmaktadır ve genellikle çözünmüĢ oksijen konsantrasyonlarının düĢük değerler
gösterdiği bölgelerde yaygındır [Güler, 2009].
Ölçülen Fe değerlerinin değiĢik dönemlerdeki arazi dağılım haritaları incelendiğinde, bu
Fe değerleri, genellikle çalıĢma alanının batısında bulunan petrol türevi depolama tanklarının
hemen güneyindeki (petrol kirliliğine maruz kalmıĢ kesimlerde) geniĢ bir alanda ve Karaduvar
limanı civarında gözlenmektedir.
521
3.1.7.Manganez (Mn)
petrol kirliliğine maruz kalmıĢ ―kirli‖ kuyulardaki medyan Mn konsantrasyonlarının ―temiz‖
kuyulardaki medyan Mn konsantrasyonlarından 400 ile 4 milyon kata varan bir oranda daha
yüksek değerler sergilediği görülmektedir. Temiz kuyularda, Mart 2006 ile Kasım 2006 arasında
medyan Mn değerleri oldukça düĢük ve sabit seyrederken, Nisan 2007 döneminden itibaren bu
kuyularda medyan Mn konsantrasyonunda 10.000 kata varan artıĢlar gözlenmektedir. Bununla
birlikte, aynı dönem için ―kirli‖ kuyulardaki medyan Mn konsantrasyonları yüksek olmasına
rağmen herhangi bir artıĢ görülmemektedir. ÇalıĢma alanında, petrol ve türevleri tarafından
kirletilmiĢ kuyularda yüksek Mn konsantrasyonlarının gözlenmesinin ana nedeni, kirlilikten
dolayı ortamın pH‘sında görülen önemli azalmalar ve mikrobiyal faaliyetlerdeki artıĢtır.
Özellikle petrol türevleri tarafından kirlenen bölgelerde gözlenen bu durum; sülfat (SO4−2) ve
nitratın (NO3−) mikrobiyal faaliyetler sonucu gerçekleĢen indirgenme reaksiyonlarına bağlı
olarak oluĢmaktadır ve genellikle çözünmüĢ oksijen konsantrasyonlarının düĢük değerler
gösterdiği bölgelerde yaygındır [Güler, 2009]. Petrol kirliliği görülen bölgelerde meydana gelen
önemli indirgenme reaksiyonlardan biri olan +4 değerlikli Mn‘nin indirgenerek +2 değerlikli
Mn‘ye dönüĢmesi, bu kirliliğin ana sebeplerindendir.
Ölçülen Mn değerlerinin değiĢik dönemlerdeki arazi dağılım haritaları incelendiğinde, bu
Mn değerleri, genellikle çalıĢma alanının batısında bulunan petrol türevi depolama tanklarının
güneyindeki (petrol kirliliğine maruz kalmıĢ kesimlerde) geniĢ bir alanda görülmektedir.
3.1.8.Molibden (Mo)
ġekil 2‘deki Box-Whisker grafiği incelendiğinde, Kasım 2006 ve Mayıs 2010 arasındaki
dönemde petrol kirliliğine maruz kalmıĢ ―kirli‖ kuyulardaki medyan Mo konsantrasyonlarının
―temiz‖ kuyulardaki medyan Mo konsantrasyonlarından 2 kata varan bir oranda daha yüksek
değerler sergilediği ve konsantrasyon değerlerinin hem ―temiz‖ hem de ―kirli‖ kuyular için Mart
2006 dönemi hariç diğer dönemlerde oldukça düzenli bir paralellik gösterdiği görülmektedir.
Genel itibariyle, yeraltı sularındaki yüksek Mo konsantrasyonlarının sebebinin, yakın geçmiĢe
kadar bölgede yürütülen petrol rafineri faaliyetleri ve dizel yakıtıyla çalıĢan tekmik santralden
atılan yanma ürünü gazlar ve bazı petrol türevi depolama tesislerinde meydana gelen
yangınlardır. ATAġ petrol rafinerisinde yer alan 102 nolu nafta (benzin hammaddesi) tankında
25 Temmuz 2004 tarihinde meydana gelen bir yangından sonra rafineri faaliyetleri 2005 yılı
içerisinde durdurulmuĢtur (webarsiv.hurriyet.com.tr/2004/07/30/497827.asp). Bu tarihten sonra,
yeraltı sularındaki Mo konsantrasyonlarında bir azalıĢ seyrine girildiği söylenebilir.
Ölçülen Mo değerlerinin değiĢik dönemlerdeki arazi dağılım haritaları incelendiğinde, bu
Mo değerleri, genellikle çalıĢma alanının doğusunda bulunan ATAġ Rafinerisi ve termik santral
arasında bulunan bölgede gözlenmektedir.
3.1.9.Nikel (Ni)
petrol kirliliğine maruz kalmıĢ ―kirli‖ kuyulardaki medyan Ni konsantrasyonlarının, ―temiz‖
kuyulardaki medyan Ni konsantrasyonlarından daha yüksek değerler sergilediği görülmektedir.
Özellikle, değiĢik dönemlerde alınan yeraltı suyu örneklerindeki Ni konsantrasyonlarında
göstermektedir. Bu durum nedeniyle, akifer genelinde görülen yüksek Ni konsantrasyonlarının
522
jeolojik faktörler sonucu meydana geldiği düĢünülmektedir. Önceki çalıĢmalarda [Güler vd.,
2010], Deliçay‘ın drenaj havzası içersinde bulunan ve yüksek oranda kromit minerali içeren
ofiyolitlerin, akifer sedimanlarında görülen yüksek Ni içeriğinin kaynağı olduğu
düĢünülmektedir.
Ölçülen Ni değerlerinin değiĢik dönemlerdeki arazi dağılım haritaları incelendiğinde, bu
Ni değerleri, genellikle çalıĢma alanının batısında bulunan petrol türevi depolama tanklarının
civarında ve Akdeniz sahiline yakın kesimlerde gözlenmektedir.
3.1.10.KurĢun (Pb)
petrol kirliliğine maruz kalmamıĢ ―temiz‖ kuyulardaki medyan Pb konsantrasyonlarının, ―kirli‖
kuyulardaki medyan Pb konsantrasyonlarıyla benzer değiĢim sergilediği görülmektedir.
Özellikle, değiĢik dönemlerde alınan yeraltı suyu örneklerindeki Pb konsantrasyonlarında
göstermektedir. Akifer genelinde görülen yüksek Pb konsantrasyonlarının bölgede yaygın olarak
yapılan tarımsal faaliyetlerde kullanılan çeĢitli kimyasallardan (pestisit ve kimyasal gübre
kullanımı) kaynaklandığı düĢünülmektedir.
Ölçülen Pb değerlerinin değiĢik dönemlerdeki arazi dağılım haritaları incelendiğinde, bu
dağılımların genellikle benzerlik göstermediği görülmektedir (ġekil 3-7). Bölgede ölçülen en
yüksek Pb değerleri, genellikle çalıĢma alanının batısında bulunan petrol türevi depolama
tanklarının hemen güneyinde, tarım amaçlı kullanılan alanlarda gözlenmektedir.
3.1.11.Çinko (Zn)
ġekil 2‘deki Box-Whisker grafiği incelendiğinde, Mart 2006 ve Nisan 2007 arasındaki dönemde
petrol kirliliğine maruz kalmıĢ ―kirli‖ kuyulardaki medyan Zn konsantrasyonlarının ―temiz‖
kuyulardaki medyan Zn konsantrasyonlarından 3-4 kat yüksek değerler sergilediği
görülmektedir. Bununla birlikte, Temmuz 2007 döneminde, ―kirli‖ ve ―temiz‖ kuyulardaki
medyan Zn konsantrasyonları eĢitlenmiĢ ve Mayıs 2010 döneminde de ―kirli‖ kuyulardaki
medyan Zn konsantrasyonu ―temiz‖ kuyulardaki medyan Zn konsantrasyonundan daha düĢük bir
değer almıĢtır. ÇalıĢma alanında, yeraltı sularında görülen yüksek Zn konsantrasyonlarının ana
nedeninin bölgedeki tarım faaliyetlerde kullanılan gübreler olduğu düĢünülmektedir.
Ölçülen Zn değerlerinin değiĢik dönemlerdeki arazi dağılım haritaları incelendiğinde, bu
Zn değerleri, genellikle çalıĢma alanının batısında bulunan petrol türevi depolama tankları ile
ATAġ Rafinerisi arasında kalan alanda ve Karaduvar mahallesi civarında gözlenmektedir. Bu
bölgeler, tarım amaçlı faaliyetlerin yoğun olarak yürütüldüğü alanlardır.
4.SONUÇLAR
Karaduvar bölgesi, petrokimya endüstrisine yönelik faaliyetlerin (rafineri, depolama ve dolum)
yanı sıra, tarımsal faaliyetlerin ve yerleĢimin yoğun olduğu bir bölge olması nedeniyle, çeĢitli
türden kimyasal kirleleticilere maruz kalmaktadır. Bu durum, yeraltı suyu kalitesini olumsuz
etkilemekte ve dolayısıyla insan ve çevre sağlığı açısından ciddi bir tehdit oluĢturmaktadır.
523
Bu çalıĢma kapsamında, çeĢitli petrol türevleri tarafından kirlendiği bilinen Karaduvar kıyı
akiferinde meydana gelen değiĢimleri izlemek amacıyla değiĢik dönemlerde (Mart ve Kasım
2006, Nisan ve Temmuz 2007 ve Mayıs 2010) bölgedeki mevcut sığ kuyulardan seçilen toplam
55 kuyuda örnekleme yapılmıĢ, alınan numunelerde 11 ağır metalin (As, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn,
Mo, Ni, Pb ve Zn) konsantrasyonları ICP-MS yöntemi ile laboratuvarda belirlenmiĢtir. Elde
edilen tüm veriler, bir CBS yazılımı kullanılarak veritabanı Ģekline dönüĢtürülmüĢ ve daha sonra
çeĢitli tematik dağılım haritaları oluĢturularak yorumlamalara gidilmiĢtir.
Elde edilen sonuçlara göre, Karaduvar bölgesinde görülen yüksek As, Cu, Pb ve Zn
konsantrasyonlarının, tarımsal faaliyetlerde kullanılan çeĢitli kimyasallardan (pestisit ve
kimyasal gübreler) kaynaklandığı düĢünülmektedir. Ayrıca, yeraltı sularındaki yüksek Cd ve Mo
konsantrasyonlarının sebebinin, yakın geçmiĢe kadar bölgede yürütülen rafineri faaliyetleri ve
dizel yakıtla çalıĢan termik santralden salınan yanma ürünü baca gazı emisyonları ve bazı petrol
türevi depolama tesislerinde meydana gelen yangınlardır. Akifer genelinde görülen yüksek Co,
Cr, Fe, Mn ve Ni konsantrasyonlarının ise jeolojik/litolojik faktörler sonucu (yeraltı suyu-akifer
çökelleri arasındaki jeokimyasal tepkimeler) meydana geldiği düĢünülmektedir. Bu elementlerin
bölgede mobilize olmalarının ve yüksek konsantrasyonda bulunmalarının ana nedenleri petrol
kirliliğinden dolayı ortamın pH‘sında görülen önemli düĢüĢler ve mikrobiyal faaliyetlerdeki
artıĢtır.
Karaduvar mahallesinde gözlenen ağır metal kirliliğini karakterize etmeye yönelik yapılan bu
çalıĢma; yeraltı suyu kullanım ve yönetim planlarının oluĢturulması ve akiferden su sağlayan
kuyularda, kirletici kaynaklarda yada arazi kullanımında meydana gelebilecek değiĢimler
neticesinde oluĢabilecek çeĢitli durumların değerlendirilmesinde kullanılabilecektir. Bu
çalıĢmadan elde edilen sonuçların, gelecekte bölgede gerçekleĢmesi muhtemel iyileĢtirme
faaliyetlerine de bir temel oluĢturacağı düĢünülmektedir.
KAYNAKLAR
1. Çalım, A. "Yüreğir Ġlçesin‘ nin (Adana) Yeraltı Suyu Kirliliği Açısından Değerlendirilmesi‖,
Yüksek Lisans Tezi, Çukurova Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Adana, 82 s. (1988).
2. Durmaz, E. E. ―Bursa Ovasında Mevcut Yeraltı Su Yataklarında Temel Kirlilik
Parametrelerinin AraĢtırılması‖, Yüksek Lisans Tezi, Uludağ Üniversitesi, Fen Bilimleri
Enstitüsü, Bursa, 121 s. (2001).
3. Kahvecioğlu,Ö., Kartal, G., Güven, A., Timur, S. ―Metallerin Çevresel Etkileri –I‖, ĠTÜ
Metalürji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü, Ġstanbul, 12s., (2004).
4. Soyaslan, Ġ.Ġ. ―Eğirdir Gölü Doğusunun Hidrojeoloji Ġncelemesi ve Yeraltısuyu Modellemesi‖,
Doktora Tezi, Süleyman Demirel Üniversitesi-Fen Bilimleri Enstitüsü, Isparta, 298s, (2004).
5. Güler, C. ve Alpaslan, M. ―Petrol Türevleri Tarafından KirlenmiĢ Akiferlerde Uygulanan
Yerinde ĠyileĢtirme Teknolojileri‖, Jeoloji Mühendisliği Dergisi, 30(2):33-50, (2006).
6. Güler, C., Alpaslan, M., Kurt, M A., and Temel, A. ―Deciphering factors controlling trace
element distribution in the soils of Karaduvar industrial-agricultural area (Mersin, SE Turkey)‖,
Environ Earth Science, 60(1): 203-218, (2010).
7. Güler, C. ―Site characterization and monitoring of natural attenuation indicator parameters in a
fuel contaminated coastal aquifer: Karaduvar (Mersin, SE Turkey)‖, Environ Earth Science,
59(3): 631-643, (2009).
524
KARLA KAPLI ALAN HARĠTALARININ GÖRÜNTÜ BĠRLEġTĠRME
TEKNĠKLERĠ KULLANILARAK ĠYĠLEġTĠRĠLMESĠ
YaĢar TEKELĠ
Tekeli Mühendislik, MANĠSA
Ahmet Emre TEKELĠ
Zirve Üniversitesi, ĠnĢaat Mühendisliği, GAZĠANTEP
[email protected]
ÖZET
Karla kaplı alanlar, havzadaki mevcut su potansiyeli hakkında önemli bilgiler verebilmektedir.
Lakin, konvansiyonel yöntemler çok dinamik bir yapıya sahip olan kar örtüsünü izleyebilmek
için yetersiz kalmaktadır. Terra ve Aqua uydularındaki MODIS sensöründen günlük bazda ve
500m yersel çözünürlükte karla kaplı alan haritaları sağlanmaktadır. Optik ve görünür bölgede
çalıĢması için tasarlanmıĢ MODIS sensöründen elde edile uydu görüntüleri buluttan
etkilenmektedir. Buna ilave olarak, kar ve bulutların benzer yansıma değerleri vermeleri, bulut
ve karla kaplı alanları birbirinden ayırmakta çeĢitli zorluklara sebep olmaktadır. Bu Ģartlar ile
beraber, bulutların yeryüzü üzerinde durağan kar kütlesine nazaran daha dinamik bir yapıya
sahip olması, ikisi arasında bir ayırım yapabilmeye imkan sağlamaktadır. Bu çalıĢmada, Terra ve
Aqua uydularından elde edilen görüntülerin birleĢtirilerek, günlük bazda daha az bulut içeren
karla kaplı alan haritaları elde edilmesi amaçlanmıĢtır. ÇalıĢma, 2002 Aralık ile 2003 Mart
arasında, Doğu Anadolu bölgemizde test edilmiĢtir. Günlük birleĢtirilmiĢ görüntüler, tek bir
görüntüden daha az bulut miktarı içermektedir ve yer verileri ile daha fazla uyum içerisindedir.
Bu çalıĢma ile, kolay ve etkili bir Ģekilde buluttan daha az etkilenmiĢ karla kaplı alan haritaları
elde edilmiĢtir.
Anahtar Kelimeler: Karla kaplı alan, hidroloji, su kaynakları, uydu görüntüleri.
ENHANCING SNOW COVER MAPS USING IMAGE PROCESSING
ABSTRACT
Snow covered areas provide valuable information regarding the water potential within the basin.
However, conventional methods are not enough to monitor snow cover that has a very highly
dynamic behavior. Snow cover maps with a spatial resolution of 500 meters are available from
Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) sensors onboard Terra and Aqua
satellites. Since MODIS is designed as an optical imaging instrument, information about ground
can only be obtained during clear sky conditions. Moreover, the spectral similarity between
snow and clouds leads some ambiguities in separation between them. Fortunately, dynamic
behavior of clouds with their tendency to move faster enables their discrimination, as snow
remains relatively stationary. In this study, results of a proposed daily merging methodology of
525
Terra and Aqua are presented. The test period covers a time frame from December 2002 to
March 2003 whereas; the test area is located in Eastern Türkiye. Merged maps reduce the cloud
cover present in one image alone, provide better representation of the surface snow cover and
indicate better agreement with ground snow measurements than when either one is used alone.
The proposed methodology provides an easy and effective way to improve snow cover maps
with little effort and provides fewer cloud-contaminated images for snow monitoring, for
hydrology, and for water resource management.
Keywords: Snow covered areas, hydrology, water resources, satellite images, MODIS.
1.GĠRĠġ
Kar, tatlı su kaynaklarının temel bir kaynağı olmakla beraber, hidrolojik dönüĢümde yüksek
yansıtıcılığı ve yüksek ısı kapasitesi ile, önemli bir etkisi vardır Bu özellikleri ile kar örtüsü,
mikro ve makro atmosfer dönüĢümlerini etkilemektedir. Havza bazında ise kar örtüsü, atmosfer
ile kar örtüsü altında bulunan toprak tabakası arasındaki enerji ve nem değiĢimini, yüzeyde
depolanmıĢ ve akıĢa geçebilecek su miktarını etkilemektedir [Maurer ve diğer., 2003; Rodell ve
Houser, 2004]. Bu etkilerinden dolayı, karla kaplı alan dağılımının takip edilmesi, toprak
neminin, yüzeyde akıĢa geçebilecek su miktarının, sayısal hava tahminlerinin ve uzun sureli
iklim analizlerinin sağlıklı yapılabilmeleri açılarından önemlidir.
Klasik yöntemlerle yapılan kar ölçümleri son derece dinamik bir yapıya sahip olan kar örtüsünü
izlemek için yetersiz kalmaktadır. Yüksek zamansal ve mekânsal çözünürlüğe sahip uydular,
konvansiyonel kar örtüsü izleme yöntemlerini değiĢtirmiĢtir. [Wang ve Xie, 2007]. 0.4-0.7 μm
de sahip olduğu yüksek yansıtıcılığı kar örtüsünün uydudan takibine imkan vermektedir. Bu
özelliğiyle uydulardan karla kaplı alanların takibi 1960lı yıllardan beri çalıĢılmaktadır. Bu
çalıĢmalarda, basit bant oranlarından, birden çok eĢik test değerlerini içeren kompleks
algoritmalara kadar çeĢitli yöntemler geliĢtirilmiĢtir. Her ne kadar uydu teknolojileri ve
algoritmalar geliĢmekte olsa da, kar ve bulutların görünür bölgede benzer yansıtma değerleri
vermeleri, karla kaplı alanların görünür bölgede çalıĢan uydular ile izlenmesinde problemlere
sebep olmaktadır.
Romanov ve diğ. [2000;2003] ile Wildt ve diğ. [2007] sabit yörüngeli uydulardan elde ettikleri,
birbirini takip eden uydu görüntülerini kullanarak, karla kaplı alan görüntülerinde bulutlardan
kaynaklanan veri eksikliklerini azaltabilmiĢlerdir. Bu teknikler, temel olarak, bulutların yüksek
zamansal çözünürlüğe sahip sabit yörüngeli uydu görüntülerinde yer yüzü üzerindeki karla kaplı
alanlara göre daha hızlı hareket etmesine dayanmaktadır. 15 dakikada bir görüntü verebilme
imkanına sahip Meteosat Spinning Enhanced Visible and Infrared Imager (SEVIRI) uydu
görüntülerinden Wildt ve diğ. [2007] bulutların bir kaç dakika ile bir kaç saat zarfında hareket
ettiklerini tespit etmiĢlerdir.
Terra ve Aqua uydularında bulunan Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS)
sensörü, 250 metre ile 1000 metre mekânsal çözünürlüğe sahip 36 dar kanal dan görüntü
sağlamaktadır. Hall ve diğ. [1995] tarafından geliĢtirilen algoritma ile, günlük olarak 500 metre
çözünürlüğe sahip karla kaplı alan haritaları elde edilebilmektedir. Bu haritalar Terra için
(MOD10A1) Aqua için ise (MYD10A1) olarak adlandırılmaktadır. Terra ve Aqua‘nın ekvatoru
farklı zamanlarda geçmelerinden dolayı (10:30 ve 13:30) bu iki uydudan elde edilecek karla
kaplı alan haritalarında bulut hareketlerinden kaynaklanan bazı farklılıkların olması
beklenmektedir.
526
MODIS karla kaplı alan verilerinin doğrulama çalıĢmaları literatürde mevcuttur [Klein ve
Barnett 2003; Maurer ve diğ. 2003; Simic ve diğ. 2004; Tekeli ve diğ. 2005; Zhou ve diğ. 2005;
Ault ve diğ. 2006; Hall ve Riggs 2007]. Parajka ve Blöschl [2008] MODIS den elde edilen karla
kaplı alan verilerinin yüksek doğruluğunun ve günlük olarak elde edilebilmesinin hidrolojik
çalıĢmalar için çok büyük öneme haiz olduğunu bahsetmiĢtir. Bunun ile beraber, bulut etkisinin,
MODIS veri setlerinde büyük problem teĢkil ettiklerini de dile getirmiĢlerdir. Buna bir çözüm
olarak, Romanov ve diğ. [2000, 2003] tarafından sabit yörüngeli uydular için önerilmiĢ
algoritmayı, Wang ve Xie [2007] kutupsal yörüngeli MODIS uydusu için kullanmıĢlardır. Sabit
yörüngeli uydularda olduğu gibi, kutupsal yörüngeli uydularda da bulutlar kar örtüsüne nazaran
daha dinamik bir özellik göstermektedirlerdir. Hall ve Riggs [2007] MODIS karla kaplı alan
haritalarında bulut alanı ve kapsamının Terra ve Aqua arasındaki 3 saatlik zaman diliminde
değiĢiklik gösterdiğini belirtmiĢlerdir. Parajka ve Blöschl [2008] Terra ve Aqua dan elde edilen
verilerin birleĢtirilmesi ile, karla kaplı alan haritalarında bulut etkisini azalttıklarını, Foppa ve
diğ. [2007] ise diğer bir kutupsal uydu olan Advanced Very High Resolution Radiometer
[AVHRR] görüntülerinin birleĢtirilmesi ile bulutların negatif etkisinin azaltılabildiğini
belirtmiĢlerdir.
Wang ve Xie [2007] tarafından önerilen metodolojinin basitleĢtirilmiĢ bir uygulaması bu
çalıĢmada sunulmuĢtur. Metodoloji, Doğu Anadolu‘daki kar örtüsünün daha iyi izlenebilmesi
için, Terra ve Aqua MODIS görüntülerinin ortak kullanımını içermektedir. Bu sayede,
bulutlardan daha az etkilenmiĢ karla kaplı alan haritaları elde edilebilmektedir.
2.ÇALIġMA ALANI
ÇalıĢma alanı, ortalama yüksekliği 2200m yi bulan, uzun ve sert süren kıĢları ile bilinen Doğu
Anadolu bölgesidir. Ekim ile baĢlayan kıĢ mevsimi, Mart sonuna kadar devam etmektedir. KıĢ
mevsimi için ortalama sıcaklık -10oC leri bulmakta iken yazları 20oC seyretmektedir. Bölgede
ana yer yüzü örtüsü, bozkır, otlak veya çıplak alanlardır.
500-600 mm olan ortalama yıllık yağıĢın çoğu kıĢ mevsiminde kar olarak düĢer. KıĢ mevsiminde
biriken kar örtüsü, Fırat ve Dicle Nehirleri için temel kaynak oluĢturmaktadır [Tekeli ve diğ.,
2005]. Uzun dönem çalıĢmaları, Yukarı Fırat Havzası‘nın yıllık akımının 60-70% lik kısmının
kar erime periyodunda geldiğini göstermektedir [Tekeli ve diğ. 2005]. Kar erimesinden
kaynaklanan akım, uzun ve kurak yaz aylarında ihtiyaç duyulan suyun ana kaynağını
oluĢturmaktadır.
Rodell ve Houser [2004] ile Andreadis ve Lettenmaier [2006], uzaktan algılamadan elde edilen
karla kaplı alan bilgilerinin kullanımı ile yer yüzü ve hidrolojik model çalıĢmalarının daha doğru
sonuçlar verdiğini göstermiĢlerdir. Kar erimesinden kaynaklanan akım, bölgemiz ve ülkemiz
açısından önemli olmasına rağmen, bölgedeki ölçüm ağı yeterli seviyede değildir. Bunda,
bölgenin dağlık oluĢu ve sert kıĢ Ģartları temel faktörler olarak kendilerini göstermektedir. Yer
verisinin yeterli miktarda olmadığı durumlarda uzaktan algılama teknikleri hidrolojik
çalıĢmalarda ihtiyaç duyulan bazı parametrelerin ölçülmesine veya tahmin edilebilmesine imkan
sağlamaktadır. Tekeli ve diğ. [2005] MODIS sensöründen elde edilen karla kaplı alan bilgisinin
çalıĢma alanında kullanılabileceğini göstermiĢlerdir. Aynı çalıĢmada, bulutların, uydu
görüntülerini olumsuz etkilediği ve kullanılabilecek veri kümelerini azalttığı bahsedilmiĢtir. Adı
geçen çalıĢmada incelenen 2002-2003 yılı, bulut etkisini azaltmak için önerilen yöntemin
sağladığı geliĢmeleri gösterebilmek için bu çalıĢmada tekrar ele alınmıĢtır.
ÇalıĢmada kullanılan veri setleri, Terra ve Aqua uydularındaki MODIS sensörlerinden elde
edilen karla kaplı alan haritaları ve yer istasyonlarından elde edilen kar ölçümlerdir. MODIS
527
sensörleri, hali hazırda kutupsal yörüngeli Terra ve Aqua uydularında bulunup, 705 km
yükseklikten, 36 kanalda veri sağlamaktadırlar. Bu 36 adet kanaldan karla kaplı alan tespiti için
baĢlıca kullanılanlar [Wildt ve diğ. , 2007] Tablo 1 de özetlenmiĢtir.
MODIS ölçümlerinden normalize fark kar indeksi, Normalized Difference Snow Index (NDSI),
hesaplanmaktadır. Kar yansımasının görünür bölgede (0.5 ~0.7 μm) yüksek olması ve kısa
infrared dalga boyunda düĢük olması ile, karla kaplı yerler yüksek NDSI değerine sahip olurlar.
Tablo 1. Karla kaplı alan haritaları için baĢlıca kullanılan MODIS kanalları
Kanal Numarası
1
2
3
4
6
7
22
29
31
32
35
Dalga Boyu Aralığı
[μm]
0.62~0.67
0.841~0.876
0.459~0.479
0.545~0.565
1.628~1.652
2.105~2.155
3.929~3.989
8.4~8.7
10.78~11.28
11.77~12.27
13.785~14.085
Bölge Ġsmi
VIS
NIR
VIS
VIS
SWIR
SWIR
MWIR
TIR
TIR
TIR
TIR
Mekansal Çözünürlük
[m]
250
250
500
500
500
500
1000
1000
1000
1000
1000
Yer istasyonlarından elde edilen kar ölçümleri, belli günlerde araziye çıkılıp arazide yapılan, kar
derinliği, kar yoğunluğu ve kar su eĢdeğeri ölçümlerini içermektedir. ġekil 1 araziden elde edilen
kar ölçüm yerlerini göstermektedir.
ġekil 1. ÇalıĢmada kullanılan yer kar ölçüm istasyonların yerleri
528
3.METODOLOJĠ
Verilerin öniĢlemleri Tekeli ve diğ. [2005] de anlatıldığı Ģekilde yapılmıĢtır. Aqua uydusundan
elde edilen (MYD10A1) veri setlerinde karla kaplı alan bilgilerine ilave olarak kar yüzey
yansıtıcılığı (albedo) değerleri mevcut olduğundan, bu çalıĢma için MYD10A1 veri setlerinden
sadece karla kaplı alan bilgileri çekilmiĢtir.
Ön iĢlem hazırlıklarının bitiminde aynı güne ait, biri Terra diğeri Aqua dan elde edilmiĢ, iki adet
kara kaplı alan haritaları elde edilmiĢ olur. MODIS karla kaplı alan algoritması MYD10A1 ve
MOD10A1 veri setlerinde aynı yer yüzü örtülerini belirtmek için aynı tamsayı değerlerini
kullanmaktadırlar. Kullanılan tamsayı değerleri Tablo 2 de özetlenmiĢtir.
Bu çalıĢmada önerilen aynı güne ait MODIS görüntülerinin birleĢtirilmesi, bulutların yer
yüzünde bulunan kar örtüsüne nazaran daha dinamik bir yapıya sahip olmalarından
esinlenilmiĢtir [Hall ve Riggs, 2007; Wildt ve diğ., 2007; Wang ve Xie, 2007; Yang ve diğ.,
2006]. Aqua MODIS, Terra MODIS den yaklaĢık 3 saat sonra çalıĢma alanı üzerinden
geçmektedir. Farklı zaman dilimlerinden dolayı, Terra ve Aqua‘dan elde edilecek karla kaplı
alan görüntülerindeki bulutlu bölgelerin birbirinden farklı olması beklenmektedir.
Tablo 2. Karla kaplı alan haritaları için baĢlıca kullanılan MODIS kanalları*
Piksel değeri
Yer yüzü örtüsü
0
Eksik veri
1
Karar verilememiĢ veri
11
Gece
25
Karsız bölgeler
37
Göl
39
Okyanus
50
Bulut
100
Göl buzu
200
Kar
254
DoymuĢ detektör
255
Dolgu
* Riggs ve diğ. [2006] dan alınmıĢtır.
Farklı bulut bölgelerine sahip olması beklenen, MYD10A1 ve MOD10A1 karla kaplı alan
görüntüleri kullanılarak elde edilmiĢ birleĢtirilmiĢ (MRGD10A1) görüntüsünün, piksel değerleri,
MYD10A1 ve MYD10A1 değerlerine bağlıdır. ġöyle ki; her hangi bir piksel herhangi bir
görüntüde (MYD10A1 veya MYD10A1) kar (200) gösteriyor ise, MRGD10A1 de bu piksel kar
olarak atanır. Eğer piksel iki görüntüde de bulut (50) gösteriyor ise, MRGD10A1 de bu piksel
bulut olarak atanır. Diğer pikseller için, bulutlu olan görüntünün piksel değeri bulutsuz olan
görüntüden alınmıĢtır. ÇalıĢmada kullanılan algoritma ġekil 2 de gösterilmiĢtir.
Bu çalıĢmada temel hedef karla kaplı alanların izlenmesi olduğu için, uydu görüntülerindeki kar
ve bulut dıĢındaki alanlar incelenmemiĢtir. ġekil 3, Yukarı Fırat Havzası‘nın, 23 Ocak 2003
tarihine ait MYD10A1, MOD10A1 ve MRGD10A1 görüntülerini göstermektedir. Kar tespit
edilmiĢ piksellerin, bulut ve diğer yer yüzü Ģekillerine nazaran önceliği, MODIS karla kaplı alan
haritalarının bulutsuz günlerdeki yüksek doğruluğuna dayanmaktadır [Wang ve diğ., 2008;
Parajka ve Blöschl, 2008; Ault ve diğ., 2006; Tekeli ve diğ., 2005].
3.1.Veri Analizleri
Yer verileri, yer verisinin elde olduğu her gün için, o güne ait karla kaplı alan görüntülerinde
(MYD10A1, MOD10A1, MRGD10A1) içine düĢtüğü piksel değerleri ile karĢılaĢtırılmıĢtır.
529
Maurer ve diğ. [2003] ve Tekeli ve diğ. [2005] de belirtilen 25.4 mm, kar yüksekliği için eĢik
değer olarak kullanılmıĢtır. Yer ölçümünün yapıldığı güne ait olan karla kaplı alan haritasında
ilgili yer ölçümünün içine düĢtüğü piksel kar olarak belirtilmiĢ ise bu çalıĢılan veri seti ve o gün
için ―yakalama‖ olarak tanımlanır. ÇalıĢma süresi içinde çalıĢma alanında 48 adet yer ölçümü
yapılabilmiĢtir. Bu süreç için yer verilerinin kapsadığı 27 değiĢik güne ait MYD10A1,
MOD10A1, MRGD10A1 veri setleri incelenmiĢtir.
ÇalıĢma alanında bulut örtüsünün fazla oluĢu, çalıĢmanın, Tekeli ve diğ. [2005] de açıklandığı
gibi, iki gün ön ve iki gün sonrasının analizlere dahil edilmesi ihtiyacını doğurmuĢtur. Bunun
için, ilaveten 54 adet MOD10A1, MYD10A1 ve MRGD10A1 görüntüleri incelenmiĢtir (Bakınız
Tablo 3) .
MOD10A11
görüntüsü
MYD10A12
görüntüsü
MOD10A1 = 200
VEYA
MYD10A1 = 200
Evet
MRGD10A13=200
Hayır
MOD10A1 = 50
VE
MYD10A1 = 50
Evet
MRGD10A1=50
Hayır
Evet
MOD10A1 = 50
MRGD10A1=MYD10A1
Hayır
Evet
MYD10A1 = 50
MRGD10A1=MOD10A1
1
MOD10A1: Terra uydusunda bulunan MODIS sensörüden elde edilen günlük karla kaplı alan haritası
MYD10A1: Aqua uydusunda bulunan MODIS sensörüden elde edilen günlük karla kaplı alan haritası
3
MRGD10A1: Aynı güne ait MOD10A1 ve MYD10A1 karla kaplı alan haritalarının birleĢtirilmesi ile elde edilen
birleĢik görüntü
2
ġekil 2. ÇalıĢmada kullanılan algoritma
530
a
b
c
ġekil 3. 23 Ocak 2003 gününe ait MYD10A1 (a), MOD10A1(b) ve MRGD10A1(c) karla kaplı
alan görüntüleri
4.BULGULAR
ÇalıĢmanın ana bulguları Tablo 4 de özetlenmiĢtir. Tablo 4 de ―kar‖ ibaresi hem yer
gözlemlerinde hem de MODIS veri setinde kar olan yerleri belirtmektedir. ―Bulut‖ ibaresi yer
gözlemlerinde kar olup, MODIS veri setinde bulut gözüken yerleri ifade etmektedir. Yakalama
oranı ―kar‖ ifadeli yerlerin toplam yer gözlemlerine bölünmesi ile elde edilmektedir. Bulut
örtüsünün altındaki yerler hakkında bir ön görü yapma ihtimali olmadığı için, bu tür yerler,
―kaçıĢ‖ olarak sınıflandırılmamıĢtır. Yakalama oranları, MOD10A1 ve MYD10A1 verileri için
31.25%, MRGD10A1 için 37.50 olarak tespit edilmiĢtir. Bu çalıĢmada bulunan bulut etkisinde ki
6.25% lik azalma, Parajka ve Blöschl [2008] çalıĢması ile paralellik göstermektedir.
1-2 günlük kaydırmalar, MRDG10A1 görüntülerinde, MOD10A1 ve MYD10A1‘e göre 7.30%
ile 5.21% iyileĢtirme sağlamıĢtır. ġekil 3, 23 Ocak 2003 günü için, MOD10A1, MYD10A1 ve
MRGD10A1, görüntülerini karĢılaĢtırmaktadır. ġekil 4 te ise önerilen metodolojinin aylık bazda
sağladığı iyileĢtirmeler gösterilmiĢtir.
En fazla iyileĢtirme 25% ile Ocak 2003 ayında gözlemlenmiĢtir. Tüm MODIS veri setlerinde,
Aralık ve Mart ayları, bulut örtüsünden en çok etkilenen aylar olmuĢtur. Aralık ayı için
MRGD101 veri seti bile herhangi bir ―kar‖ pikseli tanımlayamamıĢtır. Bu durum, Aralık ayının
kar yağıĢı için en etken zaman dilimi olmasından kaynaklanabilir. Kar yağıĢı sırasında karla
531
kaplı alanların tespitinin zorluğu Wildt ve diğ. [2007]‘de belirtilmiĢtir. Ġki gün ön ve sonrasının
dahil edilmesi de yakalama oranların iyileĢtirilmesine imkan verememiĢtir. Bu durum, çalıĢma
alanının bulut tabakası ile uzun süre kaplı olmasına iĢaret etmektedir. Bu süre en azından, Terra
ve Aqua‘nın aynı alan üzerinden geçmeleri için gerekli 3 saat kadardır.
Mart ve Aralık aylarında kapalı havalara sebep olan büyük sistem bulutları, yer yüzünün uydular
tarafından görülmesine mani olup, uydu görüntülerinin kullanımını negatif yönde etkileyip,
yakalama oranlarının azalmasına sebep olmuĢtur. ġekil 5, 30 Aralık 2002 tarihine ait Terra ve
Aqua görüntülerindeki büyük sistem bulutlarını göstermektedir.
Tablo 3. ĠĢlenmiĢ MOD10A1, MYD10A1 görüntü tarihleri ve yer gözlem verilerin tarih ve
istasyon isimleri
No
Tarih
1
2
3
24/12/02
27/12/02
30/12/02
4
5
6
7
8
30/12/02
3/1/03
6/1/03
7/1/03
7/1/03
9
10
10/1/03
10/1/03
11
12
13
14
15
16
17
18
14/1/03
14/1/03
16/1/03
17/1/03
22/1/03
22/1/03
23/1/03
23/1/03
19
20
21
22
28/1/03
28/1/03
4/2/03
4/2/03
23
24
19/2/03
19/2/03
Ġstasyon Adı
MODIS
tarihleri
No
Tarih
Ġstasyon Adı
MODIS
tarihleri
Yol Ayrımı
Diyadin Ovası
Tekman
Kındra
Tepe
Hacı Ömer
Hazar Sağlık Ocağı
Yol Ayrımı
Hacı Ömer
Tekman
Kındra
Tepe
NATO Pompa Ġst.
Arapgir
Yol
KavĢağı
Yeni Köy
Kandolar
Diyadin Ovası
Yol Ayrımı
Boncuk Göze
NATO Pompa Ġst.
Hacı Ömer
Tekman
Kındra
Tepe
Yeni Köy
Kandolar
Hacı Ömer
Tekman
Kındra
Tepe
Hacı Ömer
Gülmez
22-24/12/02
25-29/12/02
30/12/02
25
26
27
19/2/03
27/2/03
27/2/03
Tekman Kındra Tepe
Yeni Köy
Yol Ayrımı
19-21/2/03
25-27/2/03
27/2/03
30-31/12/02
1-3/1/03
4-6/1/03
7/1/03
7-9/1/03
28
29
30
31
32
28/2/03
28/2/03
28/2/03
3/3/03
5/3/03
Diyadin Ovası
Musun
Gülmez
Boncuk Göze
28/2/03
28/2/03
28/2/03
1-3/3/03
4-5/3/03
10/1/03
10-13/1/03
33
34
5/3/03
5/3/03
5/3/03
5/3/03
14/1/03
14-15/1/03
16/1/03
17-19/1/03
20-22/1/03
22/1/03
23/1/03
23-25/1/03
35
36
37
38
39
40
41
42
6/3/03
7/3/03
7/3/03
13/3/03
13/3/03
13/3/03
13/3/03
14/3/03
NATO Pompa Ġst.
DSĠ
ĠĢletme
Bakımevi
TCK Bakımevi
Yol Ayrımı
Yeni Köy
Kandolar
Hacı Ömer
Tekman Kındra Tepe
Diyadin Ovası
26-28/1/03
28-30/1/03
2-4/2/03
4-6/2/03
43
44
45
46
24/3/03
25/3/03
26/3/03
26/3/03
NATO Pompa Ġst.
Boncuk Göze
Yeni Köy
Diyadin Ovası
22-24/3/03
25/3/03
26/3/03
26-28/3/03
17-19/2/03
19/2/03
47
48
31/3/03
31/3/03
Kandolar
Yol Ayrımı
29-31/3/03
31/3/03
1-2/4/03
532
6/3/03
7/3/03
7-9/3/03
11-13/3/03
13/3/03
13/3/03
13/3/03
14-16/3/03
Tablo 4. MOD10A1, MYD10A1 ve MRGD10A1 karla kaplı alan haritalarının yakalama
oranları
Yer gözlem tarihi için yakalama oranı
Veri seti
Kar
Bulut
Total Yakalama
(%)
MOD10A1
15
33
48
31.25
MYD10A1
15
33
48
31.25
MRGD10A1
18
30
48
37.50
Bulut
(%)
68.75
68.75
62.50
68.75
62.50
Yer gözlem tarihi1 gün için yakalama oranı
25
23
48
52.08
47.92
22
26
48
45.83
54.17
27
21
48
56.25
43.75
51.05
Yer gözlem tarihi2 gün için yakalama oranı
MOD10A1
37
11
48
77.08
22.92
MYD10A1
38
10
48
79.17
20.83
MRGD10A1
40
8
48
83.33
16.67
21.88
MOD10A1
MYD10A1
MRGD10A1
ĠyileĢme
(%)
Ortalama
Bulut(%)
6.25
43.75
7.30
16.67
5.21
100
90
MYD10A1
MOD10A1
80
MRGD10A1
70
YAKALAMA ORANI
60
50
40
30
20
10
AY
0
12
0.00
0.00
0.00
MYD10A1
MOD10A1
MRGD10A1
1
25.00
31.25
37.50
2
50.00
50.00
50.00
100
100
MYD10A1
90
MYD10A1
90
MOD10A1
MRGD10A1
80
70
70
60
60
YAKALAMA ORANI
YAKALAMA ORANI
80
50
40
30
20
MOD10A1
MRGD10A1
50
40
30
20
10
0
3
33.33
27.78
38.89
10
0
12
1
2
3
AY
12
1
2
3
MYD10A1
50.00
43.75
50.00
44.44
MYD10A1
50.00
87.50
60.00
88.89
MOD10A1
50.00
62.50
50.00
44.44
MOD10A1
50.00
87.50
80.00
72.22
MRGD10A1
50.00
68.75
50.00
50.00
MRGD10A1
50.00
87.50
80.00
88.89
AY
ġekil 4. Önerilen algoritmanın t(a), t±1(b), t±2(c) durumları için aylık yakalama oranlarının
dağılımı
533
ġekil 5. 30 Aralık 2002 tarihine ait Terra (a) and Aqua (b) görüntüleri
(http://ladsweb.nasom.gov/data/search.html)
ÇalıĢmada önerilen metodolojinin yakalama oranlarında herhangi bir iyileĢtirme sağlayamaması,
yer gözlemlerinin olduğu MODIS piksellerinin hem MOD10A1 hem de MYD10A1
görüntülerinde bulutlu olarak tespit edilmiĢ olmasındandır. Yakalama oranlarında, herhangi bir
iyileĢme gözükmese de, karla kaplı alanların haritalamasında iyileĢmeler gözlemlenebilmektedir.
ġekil 3 ve ġekil 6, 23 ġubat 2003 için bu durumu göstermektedir. Metodoloji her ne kadar
yakalama oranlarında bir iyileĢtirme sağlayamamıĢ olsa da, Yukarı Fırat Havzasında karla kaplı
alan haritalamasında buluttan etkilemiĢ alanların azalmasına imkan sağlamıĢtır. Bu azalma,
çalıĢmada önerilen metodolojinin etkin bir Ģekilde çalıĢtığını göstermektedir.
5.SONUÇLAR
ÇalıĢmada Terra ve Aqua uydularından elde edilen karla kaplı alan haritaları (MOD10A1 ve
MyD10A1) Doğu Anadoludaki bazı yer gözlemleri ile karĢılaĢtırılmıĢtır. KarĢılaĢtırmada uydu
görüntülerinde, yüksek oranlara (69%) varan, bulut etkileri görülmüĢtür. Bulut örtüsünün
olumsuz etkilerini azaltmak amacı ile MOD10A1 ve MYD10A1 görüntülerinin birleĢtirilip,
MRGD10A1 karla kaplı alan görüntüleri elde edilmiĢtir. BirleĢtirilmiĢ görüntülerin yer
gözlemleri ile karĢılaĢtırılmasında, birleĢtirilmiĢ görüntülerin, gerek MYD10A1 gerekse
MOD10A1‘e nazaran daha yüksek yakalama oranları verdiği gözlemlenmiĢtir. Bu bulgu, Parajka
ve Blöschl [2008] deki bulgular ile uyum göstermektedir.
ÇalıĢmada önerilen algoritma, yer verilerinin toplanma günü için daha fazla iyileĢtirme
sağlamıĢtır. 1-2 günlük kaydırmalar, her ürün için (MYD10A1, MOD10A1, MRGD10A1])
iyileĢtirme sağlamakla beraber, birleĢtirilmiĢ ürün her zaman daha fazla bir iyileĢtirme
göstermiĢtir.
Yersel nokta ölçümlerinin mekânsal entegre edilmiĢ uydu görüntüleri ile karĢılaĢtırılması, yapısı
itibari ile ölçeklendirme konusunu ortaya atmaktadır. Lakin, çalıĢmada uygulanan metodoloji
tüm MODIS veri setleri için tutarlı olmasından, ölçeklendirmenin bu çalıĢmada bulunan
sonuçları negatif yönde etkilemeyeceğine kanaat hasıl olmuĢtur.
ÇalıĢma, karla kaplı alanların izlenmesinde az bir iĢlem ile büyük geliĢmeler sağlayabilmektedir.
Kar veya yağmur bulutlarından dolayı çalıĢma alanının kapalı olma durumlarında yakalama
oranlarında herhangi bir iyileĢtirme sağlanamamıĢtır. Buna rağmen, metodoloji, buluttan daha az
etkilenmiĢ uydu görüntülerinin elde edilmesine imkan vermektedir. Ayrıca, çalıĢma alanının yer
verisi olmayan diğer kısımlarında da iyileĢmeler gözlemlenmektedir.
534
120
20
18
100
14
80
12
60
10
MOD_Bulut
8
MYD_Bulut
40
6
MRGD_Bulut
MOD_Kar
4
KARLA KAPLI ALAN ORANI (%)
BULUT ORANI (%)
16
20
MYD_Kar
2
MRGD_Kar
0
0
0
1
2
3
4
5
6
ALT HAVZA NOSU
ġekil 6. Yukarı Fırat Havzasında 23 Ocak 2003 günü için karla kaplı alanların haritalanmasında
önerilen metodolojinin sağladığı iyileĢtirmeler
Bu tür iyileĢmeler sadece karla kaplı alanların haritalanmasında değil, aynı zamanda yer örtüsü
modellemelerinde gereken yer yüzü örtüsü ve ilgili yansıtma değerlerinin seçiminde kolaylıklar
sağlayacaktır.
TeĢekkür
Ahmet Emre Tekeli, Erdi E., Sönmez Ġ. Ve Tabakçıoğlu M. B.‘a katkılarından dolayı teĢekkür
eder. MODIS karla kaplı alan haritaları NSIDC daki DAAC dan alınmıĢtır. ÇalıĢmanın meydana
gelmesinde büyük emekleri olan YaĢar Tekeli, 28 Ağustos 2008 tarihinde vefat etmiĢtir.
KAYNAKLAR
1. Andreadis KM, Lettenmaier DP (2006) ―Assimilating remotely sensed snow observations into
a macroscale hydrology model.‖ Adv Water Resour 29(6):872–886
2. Ault TW, Czajkowski KP, Benko T, Coss J, Struble J, Spongberg A, Templin M, Gross C
(2006) ―Validation of the MODIS snow product and cloud mask using student and NWS
cooperative station observations in the Lower Great Lakes Region.‖ Remote Sensing of
Environment 105:341–353
3. Foppa N, Stoffel A, Meister R (2007) ―Synergy of in situ and space borne observation for
snow depth mapping in the Swiss Alps.‖ Int J Appl Earth Obs Geoinf 9:294–310
4. Hall DK, Riggs GA, Salomonson VV (1995) ―Development of methods for mapping global
snow cover using moderate resolution imaging spectroradiometer data.‖ Remote Sensing of
5. Hall DK, Riggs GA (2007) ―Accuracy assessment of the MODIS snow-cover products.‖
Hydrological Process 21:1534–1547
6. Klein AG, Barnett AC (2003) ―Validation of daily MOODIS snow cover maps of the Upper
Rio Grande River Basin for the 2000– 2001 snow year.‖ Remote Sensing of Environment
86:162–176
535
7. Maurer E.P., Rhoads J.D., Dubayah R.O., Lettenmaier D.P. [2003] ―Evaluation of the snow
covered area data product from MODIS‖ Hydrological Processes 17:59–71
8. Parajka J and Blöschl G (2008) ―Spatio-temporal combination of MODIS images—potential
for snow cover mapping.‖ Water Resources Research 44: W03406. doi:
10,1029/2007WR006204
9. Riggs G A, Hall D K, Salomonson V V (2006) MODIS snow products user guide for
collection 4 data products. Available at: http://modis-snow-ice.gsfc.nasa.gov/sug_main.html.
Accessed on: 14 Aug 2010
10. Rodell M., Houser P.R. [2004] ―Updating a land surface model with MODIS-derived snow
cover.‖ Journal of Hydrometeorolog 5:1064–1075
11. Romanov P, Gutman G, Csiszar I (2000) ―Automated monitoring of snow cover over North
America with multispectral satellite data.‖ J Appl Meteorol 39:1866–1880
12. Romanov P, Tarpley D, Gutman G, Carroll T (2003) ―Mapping and monitoring of the snow
cover fraction over North America.‖ J Geophys Res 108:8619. doi:10.1029/2002JD003142
13. Simic A, Fernandes R, Brown R, Romanov P, Park W (2004) ―Validation of
VEGETATION, MODIS and GOES+SSM/I snow- cover products over Canada based on surface
snow depth observations.‖ Hydrological Process 18:1089–1104
14. Tekeli AE, Akyürek Z, ġorman AA, ġensoy A, ġorman AU (2005) ―Using MODIS snow
cover maps in modeling snowmelt runoff process in the eastern part of Turkey.‖ Remote Sensing
of Environment 97:216–230
15. Wang X and Xie H, (2007) New multi-day snow cover products from combination of Terra
and Aqua MODIS daily snow cover data. AGU Fall meeting, San Francisco, CA, December 10–
14
16. Wang X, Xie H, Liang T (2008) ―Evaluation of MODIS snow cover and cloud mask and its
applications in northern Xinjiang, China.‖ Remote Sensing of Environment.
doi:10.1016/j.rse.2007.05.016
17. Wildt MR, Seiz G, Gruen A (2007) Operational snow mapping using multi temporal
Meteosat SEVIRI imagery. Remote Sensing of Environment 109:29–41
18. Yang W, Shabanov NV, Huang D, Wang W, Dickinson RE, Nemani RR, Knyazikhin Y,
Myneni RB (2006) ―Analysis of leaf area index products from combination of MODIS Terra and
Aqua data.‖ Remote Sensing of Environment 104:297–312
19. Zhou X, Xie H, Hendrix JMH (2005) ―Statistical evaluation of remotely sensed snow cover
products with constraints from streamflow and SNOTEL measurements.‖ Remote Sensing of
536
GENELLEġTĠRĠLMĠġ REGRESYON SĠNĠR AĞLARI KULLANILARAK
GÜNLÜK AKARSU AKIMLARININ MODELLENMESĠ
Zafer Ali SERBEġ
Ege Üniversitesi, Ziraat Fakültesi, Tarım Teknolojisi Programı
Tarımsal Yapılar ve Sulama Anabilim Dalı, ĠZMĠR
[email protected]
Umut OKKAN
Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik-Mimarlık Fakültesi
ĠnĢaat Mühendisliği Bölümü, Hidrolik Anabilim Dalı, BALIKESĠR
[email protected]
ÖZET
Son zamanlarda, matematiksel modelleme araçlarından biri olarak biyolojik sinir sistemlerinden
esinlenerek geliĢtirilen Yapay Sinir Ağları (YSA) akım tahmin modellerinde sıklıkla kullanılır
hale gelmiĢtir. Bu modelleme çalıĢmaları genellikle ileri beslemeli geriye yayılımlı algoritmaları
(ĠBGY) içermektedir. Ancak ĠBGY algoritmalarının yerel minimum ve rastgele atanan baĢlangıç
ağırlıklarından kaynaklanan bazı dezavantajlarından ötürü, Radyal Tabanlı Sinir Ağları (RTSA)
ve GenelleĢtirilmiĢ Regresyon Sinir Ağları (GRSA) gibi ĠBGY algoritmalarına alternatif olarak
geliĢtirilmiĢ türler de uygulamalarda kullanılmaktadır. Bu çalıĢmada, Çoruh Nehri/Bayburt akım
gözlem istasyonu günlük akımlarının GRSA kullanılarak modellenmesine ait bir uygulama
sunulmaktadır. GRSA sonuçları Levenberg-Marquardt optimizasyon algoritması tabanlı ĠBGY
YSA modeli ―L-M‖ ile karĢılaĢtırılmıĢtır. Model çıktılarının uzun dönem temel istatistikleri
karĢılaĢtırıldığında her iki modelin de yaklaĢık sonuçlar verdiği ancak L-M modelinin özellikle
Çoruh Nehri pik akım değerlerinin tahmininde daha hassas olduğu sonucuna varılmıĢtır. Bunun
yanında, hızlı bir değerlendirme ve kurulumunun kolaylığı açısından GRSA yaklaĢımının günlük
akımlarının tahmininde kullanılabileceği düĢünülmektedir.
Anahtar Kelimeler: Günlük akım modeli, GRSA, Çoruh Nehri.
MODELING OF DAILY STREAMFLOWS BY USING
GENERALIZED REGRESSION NEURAL NETWORKS
ABSTRACT
Recently, Artificial Neural Networks (ANN), which is mathematical modeling tools inspired by
the properties of the biological neural system, has been typically used in the streamflow
prediction modeling studies. These modeling studies generally include the feed forward back
propagation (FFBP) algorithms. Since the FFBP algorithms have some disadvantages relating to
the presence of local minimums and the precision of assigned initial weights, Radial Basis
Neural Networks (RBNN) and Generalized Regression Neural Networks (GRNN), which are
537
alternative types to FFBP, are improved and also used in the applications. In this study, an
application of GRNN for the modeling of daily streamflow of Coruh River/Bayburt gauging
station, which is located in the Coruh Basin, is presented. The GRNN results were also compared
with Levenberg-Marquardt optimization algorithm based FFBP ANN model ―L-M‖. When the
statistics of the long term model outputs are compared, it can be seen that two model results are
approximately similar but the L-M model that has been developed, is more sensitive for
prediction of the peak values of the Coruh River. Moreover, GRNN approach can be used for
prediction of daily streamflows in terms of a rapid assessment and an ease of preparation.
Keywords: Daily streamflow model, GRNN, Coruh River.
1.GĠRĠġ
Su kaynakları mühendisliğinde akım tahmin modellerinin yeri büyüktür. Genellikle aylık ve
günlük olmak üzere iki ölçekte değerlendirilen modellerde, bir akarsu havzasına düĢen yağıĢı
akıĢa dönüĢtüren mekanizma incelenmektedir. Baraj haznelerinin iĢletilmesi ve buna bağlı olarak
hazneden sulama, içmesuyu veya enerji maksatlı çekilecek suyun planlanması aĢamalarında
aylık modeller kullanılırken, taĢkın gibi ekstrem durumların incelenmesinde ise genellikle
günlük modeller tercih edilmektedir.
Akım tahmin modellerinin birçok farklı gruba ayrılarak sınıflandırılması mümkündür. Ancak en
genel haliyle modeller, fiziksel tabanlı yayılı (beyaz kutu modelleri), kavramsal (gri kutu
modelleri) ve kapalı (kara) kutu modelleri olmak üzere üç sınıfta uygulama alanı bulmaktadır
[Abbott and Refsgaard, 1996].
Bunlardan, beyaz ve gri kutu modelleri parametre sayıları ve uygulanabilirlikleri açısından bazen
karmaĢık olabilmekte ve uygulama alanları daralabilmektedir. Bu sebeple, akım modelleme
çalıĢmaları olayın fiziksel detaylarının dikkate alınmadığı kara kutu modelleriyle de
gerçekleĢtirilebilmektedir. Bu kapsamda geliĢtirilmiĢ modeller genel olarak, klasik stokastik
zaman serilerini, çoklu regresyon analizlerini ve son zamanlarda önemini giderek arttıran yapay
sinir ağlarını esas almaktadır. Sözü edilen bu modeller incelendiğinde, yapay sinir ağı
yaklaĢımlarının stokastik yöntemlere ve regresyon analizlerine nazaran daha olumlu sonuçlar
verdiği göze çarpmaktadır [Hsu, Gupta and Sorooshian, 1995; Minns and Hall, 1996; Cigizoglu,
2003; Méndez, Manteiga, Bande, Sánchez and Calderón, 2004; Alp ve Cığızoğlu, 2005].
Hazırlanan çalıĢmada, Çoruh Havzası‘nda bulunan, Çoruh Nehri Bayburt akım gözlem
istasyonuna ait 01.10.1991–30.09.2000 tarihlerini kapsayan günlük akımlar kullanılmıĢ ve
Yapay Sinir Ağları (YSA) ile içsel bağımlı yapı esas alınarak modellenmiĢtir. Kullanılan YSA
modeli ile ilgili detaylar aĢağıda verilmiĢtir.
2.YÖNTEM
2.1.Genel
Yapay sinir ağları (YSA), sinir sisteminin özelliklerinden esinlenerek geliĢtirilen bir yapay zekâ
tekniğidir [Haykin, 1994]. Sinir sistemlerindeki gibi hücrelerden (nöronlar) oluĢmakta ve genel
olarak mimarisi giriĢ katmanı, ara (gizli) katman ve çıktı katmanı olmak üzere üç katman halinde
tanımlanmaktadır.
538
Bir YSA modelinin katmanlı yapısının yanı sıra; girdiler, ağırlıklar, net fonksiyonu, aktivasyon
fonksiyonu ve çıktılar olmak üzere beĢ temel elemanın varlığı söz konusudur. Ağın girdi ve
çıktıları problemin niteliğine göre değiĢmektedir. Girdilerin yapay sinir ağı modelindeki
etkinlikleri ise ağırlıklarla sağlanmaktadır. Dolayısıyla modelin performansı ağırlık değerlerinin
belirlenmesine bağlı olmaktadır. Ağırlıklı girdilerin toplamı olarak bulunan net fonksiyonuyla ise
girdilerin hücreler üzerindeki ağırlıklandırılmıĢ etkileri ifade edilmektedir. Hücrelere gelen bu
net girdiler bir aktivasyon fonksiyonu yardımıyla çıktılara veya ara katmandaki hücrelerin
girdilerine dönüĢtürülmektedir [Ham and Kostanic, 2001; Öztemel, 2003].
YSA‘nın yapısının yanı sıra, bir yapay sinir ağı modelinin hazırlanmasında yani ağın
eğitilmesinde (öğrenmesinde) kullanılacak yöntem de çok önemlidir [Öztemel, 2003]. Bu
aĢamada ağın belli girdilere karĢı belli çıktıları vermesi beklenmektedir. Bu kapsamda
geliĢtirilen birçok yapay sinir ağı algoritması bulunmaktadır. Klasik geriye yayılım algoritması,
momentum terimli geriye yayılım algoritması gibi klasik yaklaĢımlar bunlardan sadece
bazılarıdır.
Bu bilindik algoritmaların yanı sıra sayısal optimizasyon yöntemlerini kullanan Newton ve
Levenberg-Marquardt algoritmaları gibi hızlı algoritmalar da geriye yayılım algoritmaları
arasında kullanılmaya baĢlanmıĢtır. Geriye yayılım algoritmalarının yerel minimum ve rastgele
atanan baĢlangıç ağırlıklarına hassasiyet durumlarından kaynaklanan bazı dezavantajlarından
ötürü, Radyal Tabanlı Sinir Ağları (RTSA) ve GenelleĢtirilmiĢ Regresyon Sinir Ağları (GRSA)
gibi türler de uygulamalarda kullanılmaktadır [Fernando and Jayawardena, 1998; Cigizoglu,
2005; Lin and Chen, 2004; Okkan ve SerbeĢ, 2010].
Sunulan çalıĢmada, YSA modeli için GenelleĢtirilmiĢ Regresyon Sinir Ağı (GRSA) yaklaĢımı
incelenmiĢ ve performansı Levenberg-Marquardt algoritmalı ileri beslemeli geriye yayılımlı
YSA modeli ile istatistiksel olarak karĢılaĢtırılmıĢtır.
2.2.GenelleĢtirilmiĢ Regresyon Sinir Ağı (GRSA)
GRSA, Kernel regresyonunun ve RTYSA‘nın iĢleyiĢini taklit eden ve sürekli değiĢkenlerin
tahmininde kullanılan özel bir YSA yaklaĢımıdır [Specht, 1991]. Bu ağ türü, iteratif iĢlemlere
gereksinim duymaması ve dolayısıyla yerel minimum noktalarına takılma problemiyle
karĢılaĢmaması açısından ileri beslemeli geriye yayılımlı YSA algoritmalarının yerine
kullanılabilmektedir.
x1
1
x2
xn
Wij
S1
y1
2
S2
y2
N
S Sj j
yj
Sd
Girdi Katmanı
Patern Katmanı
Toplama Katmanı
ġekil 1. GRSA‘nın yapısı
539
Çıkış Katmanı
GRSA‘nın yapısı incelendiğinde girdi katmanı, patern katmanı, toplama katmanı ve çıkıĢ
katmanı olmak üzere 4 katmanın varlığı göze çarpmaktadır (ġekil 1).
Herhangi bir iĢlemin yapılmadığı birinci katman, girdi vektörünün ağa sunulduğu katman olup
bu katmandaki hücre sayısı aynı zamanda girdi sayısına eĢittir. Daha sonra giriĢ verileri herbir
eğitim vektörünün ağa sunulduğu patern katmanı adı verilen ikinci katmana aktarılmaktadır.
Eğitim veri seti toplam N adet örnek içerdiği için paralel olarak iĢleyen N adet patern hücre
bulunmaktadır. Burada her bir hücre i giriĢ katmanından gelen girdiler ile bir θi çıktısı
üretmektedir (Denklem 1).
i  exp[( x  ui )T ( x  ui ) / 2 2 ]
(1)
Burada x girdi vektörünü, σ dağılma parametresini, ui ise patern katmanındaki i. hücre tarafından
ağa sunulan vektörün merkezini temsil etmektedir.
Daha sonra patern katmanındaki her hücre numeratör ve denominatör olmak üzere iki grup hücre
içeren toplama katmanına bağlanmaktadır. Bunlardan nominatör toplama grubu, patern
hücrelerindeki ağırlıklı çıktıların toplamlarını hesaplamada kullanılmaktadır (Denklem 2).
N
S j  Wiji
(2)
i 1
Burada Sj, j. numeratör çıktılarını, θi i. patern çıktılarını, Wij ise patern katmanı ile toplama
katmanı arasındaki ağırlıkları ifade etmektedir.
Patern katmanındaki hücre çıktılarının toplamları ile hesaplanan toplama katmanındaki
denominator grubu ise sadece bir hücre içermekte ve Denklem 3‘teki gibi hesaplanmaktadır.
N
Sd   i
(3)
i 1
Burada Sd denominatör çıktısını, θi patern katmanındaki i. hücreyi ifade etmektedir.
Çıktı katmanındaki hücre sayısı ise numeratör hücrelerin sayısına eĢit olup yj çıktıları aĢağıdaki
gibi hesaplanabilmektedir (Denklem 4).
yj  S
j
(4)
Sd
3.UYGULAMA
ÇalıĢmada, Çoruh Havzası‘nda (23) içerisinde Bayburt il merkezinde bulunan Elektrik ĠĢleri Etüt
Ġdaresi (E.Ġ.E) tarafından iĢletilen ve 1734 km2 yağıĢ alanına sahip 2304 numaralı Bayburt akım
gözlem istasyonuna ait 01.10.1991–30.09.2000 tarihleri arasında toplam 3288 adet gözlenmiĢ
günlük akım verisi kullanılmıĢtır. ÇalıĢmada içsel bağımlı yapı esas alınarak modelleme
yapılmıĢ, verilere ait kısmi otokorelasyonlar ( kk ) hesaplanarak anlamlı zaman gecikme (lag)
mertebesine karar verilmiĢtir. Bu amaçla akım verilerine Box-Cox dönüĢümü [Box and Jenkins,
1976] uygulanarak veriler simetrikleĢtirilmiĢ ve standardize edilerek yeni boyutsuz seriye ait
kısmi otokorelogramı çizilmiĢtir (ġekil 2). ġekil incelendiğinde, kısmi otokorelasyonların k=1
540
gecikme değerinden sonraki tüm değerler için %95 güven limitlerine oldukça yakın ya da bu
aralığın içinde olduğu görülmektedir. Tüm bu belirgin değerler ihmal edildiğinde sadece 1 gün
önceki akım verilerinin GRSA modelinin girdileri olarak kullanılabileceği uygun görülmüĢtür.
Zaman Gecikmesi (Lag)
ġekil 2. Standardize günlük akımların kısmi otokorelogramı
GRSA modelinin genelleme yeteneğinin sınanması açısından model, veri setinin %70‘i
(02.10.1991-18.01.1998) ile kurulmuĢ (eğitilmiĢ), geri kalan % 30‘u (19.01.1998-30.09.2000)
ile test edilmiĢtir. Bu aĢamada MATLAB ortamında kodlanan GenelleĢtirilmiĢ Regresyon Sinir
Ağı (GRSA) algoritması kullanılmıĢtır.
Modelin eğitim aĢamasında hızlı yakınsayabilmesi ve performansının arttırılması açısından tüm
veriler 0-1 aralığında ölçeklendirilerek ağa sunulmuĢtur. Öğrenme iĢlemi tamamlandıktan sonra
ölçeklendirilen veriler ters iĢlem ile orijinal değerlere dönüĢtürülmüĢtür. Ağın eğitiminde,
dağılma parametresi (σ) hata kareler ortalaması (HKO) minimum olacak Ģekilde belirlenmiĢtir.
Buna göre en uygun σ değeri 0.029 olarak bulunmuĢtur (ġekil 3).
ġekil 3. GRSA modelindeki dağılma parametresinin (σ) belirlenmesi
ÇalıĢmada, GRSA modeli hazırlandıktan sonra, model sonuçları gerek saçılım-gidiĢ grafikleri
gerek istatistiksel açıdan değerlendirilmiĢtir. Eğitim ve test dönemi olmak üzere iki aĢamada
değerlendirilen GRSA modeline ait saçılım diyagramları ġekil 4‘te, gidiĢleri (hidrografları) ise
ġekil 5‘te gösterilmiĢtir.
541
ġekil 4. Eğitim ve test dönemi GRSA sonuçları ile gözlenen akımlar (m3/sn/gün) arasındaki
saçılım diyagramları
ġekil 5. Eğitim ve test dönemi GRSA sonuçları ile gözlenen akımlara (m3/sn/gün) ait gidiĢler
ÇalıĢmada, GRSA modelinin performansı Levenberg-Marquardt algoritması tabanlı ileri
beslemeli geriye yayılımlı bir YSA modeli (L-M) ile karĢılaĢtırılmıĢtır. GRSA modelinde olduğu
gibi MATLAB ortamında kodlanan L-M modeli de veri setinin %70‘i ile kurulmuĢ (eğitilmiĢ),
geri kalan % 30‘u ile test edilmiĢtir. L-M modelinde aktivasyon fonksiyonu olarak sigmoid
fonksiyonu seçilmiĢtir.
542
Girdi ve çıktı değerleri, GRSA modelinde olduğu gibi 0-1 tanım aralığında ölçeklendirilerek ağa
sunulmuĢtur. Ağın eğitiminde, gizli katmanda kullanılacak hücre sayısı 3, baĢlangıç Marquardt
parametresi (μ0) 0.01, bozulma oranı (β) 0.1 alınarak minimum hata kareler ortalaması (HKO)
değeri elde edilmiĢtir (ġekil 6). Ayrıca L-M modelinin aĢırı öğrenme durumundan test dönemi
performanslarının bozulmaması için eğitim aĢamasında yaptırılan 15 adet iterasyon yeterli
görülmüĢtür (ġekil 7).
µ0 = 0.01
β = 0.1
ġekil 6. L-M modelinde gizli katmandaki hücre sayısının (GKHS) belirlenmesi
µ0 = 0.01
β = 0.1
ġekil 7. L-M modelinin 15 iterasyon boyunca performansı
L-M model sonuçları da gerek saçılım-gidiĢ grafikleri gerek istatistiksel açıdan
değerlendirilmiĢtir. Eğitim dönemi ve test dönemi olmak üzere iki aĢamada değerlendirilen
modele ait saçılım diyagramları ġekil 8‘te, gidiĢleri (hidrografları) ise ġekil 9‘da gösterilmiĢtir.
543
ġekil 8. Eğitim ve test dönemi L-M sonuçları ile gözlenen akımlar (m3/sn/gün) arasındaki
saçılım diyagramları
ġekil 9. Eğitim ve test dönemi L-M sonuçları ile gözlenen akımlara (m3/sn/gün) ait gidiĢler
GRSA ve L-M modellerinin performansları incelendiğinde sonuçların birbirine yakın olduğu
gözlenmiĢtir. Ancak çok büyük farklılıklar olmamakla birlikte L-M modelinin eğitim ve test
dönemi performanslarının GRSA modelinden daha iyi olduğu görülmektedir (Tablo 1 a-1b).
544
Tablo 1. Modellerin eğitim ve test dönemlerine ait uzun dönem temel istatistikleri (a)
ve hata performansları (b)
(R: Korelasyon katsayısı; R2: Determinasyon katsayısı; HKO: Hata kareler ortalaması, HKOK: Hata kareler
ortalamasının karekökü )
4.SONUÇLAR
ÇalıĢmada, GRSA yaklaĢımının avantajları ve dezavantajları sorgulanmıĢtır. Bu amaçla hızlı bir
algoritma olan ve literatürde sıklıkla kullanıldığı görülen L-M modeli ile GRSA sonuçları
Modellerin performanları incelendiğinde L-M modelinin daha baĢarılı olduğu görülmüĢtür.
Ancak, gözlenen değerlerin ve YSA modelilerinin çıktılarının test dönemi maksimum değerleri
arasındaki farklar incelendiğinde, yaklaĢık olarak, L-M modeli için bu fark ~10 m3/sn olmasına
karĢın GRSA modeli için ~55 m3/sn olmaktadır. Özellikle pik akımların (taĢkın unsuru taĢıyan
akımlar) tahmini açısından bakıldığında da L-M modelinin daha hassas ve baĢarılı sonuçlar
verdiği sonucuna varılmıĢtır. Ortalama ve standart sapma değerlerine bakıldığında modeller arası
önemli farklar gözlenmemiĢtir. GRSA modelinin iteratif olmadığı, her simulasyonda aynı sonucu
verdiği, kalibre edilebilir tek bir parametreye sahip olduğu (σ parametresi), bu sebeple de
modelin kurulumunun L-M modeline göre daha kolay olduğu düĢünüldüğünde ortalama ve
standart sapma istatistikleri açısından hızlı bir değerlendirme için uygun sonuçlar verebildiği
söylenebilir. μ, β, GKHS gibi deneme-yanılma ile belirlenebilecek öğelerin dıĢında, hızlı
yakınsama ve daha hassas ve güvenilir sonuçlar elde etmek için L-M modelinin bu havza örneği
için kullanılabileceği düĢünülmektedir.
Uygun YSA modelinin hangisi olduğu havzaya göre değiĢkenlik göstereceğinden, mümkünse
stokastik AR(p) yapısında modellerin de uygulamalarda ele alınması gerektiği düĢüncesi ile
hazırlanan bu çalıĢmanın, bu kapsamda yapılacak diğer akım tahmin model çalıĢmalarına örnek
teĢkil edeceği düĢünülmektedir.
KAYNAKLAR
1. Abbott, M.B. and Refsgaard, J.C., 1996. ―Distributed Hydrological Modeling‖. Kluver
Academic Publishers, Dordrecht. 17-39.
2. Hsu, K., Gupta, H.V. and Sorooshian, S., 1995. ―Artificial neural network modeling of the
rainfall runoff process‖, Water Res. Research, 31, 2517-2530.
3. Minns, A.W. and Hall, M.J., 1996. ―Artificial neural networks as rainfall runoff models‖
Hydrological Sciences Journal, 41, 3, 399-417.
545
4. Cigizoglu, H.K., 2003. ―Incorporation of ARMA models into flow forecasting by artificial
neural networks‖, Environmetrics, 14, 4, 417-427.
5. Méndez, M. C., Manteiga, W.G., Bande, M.F., Sánchez J.M.P. and Calderón R.L., 2004.
―Modelling of the monthly and daily behavior of the runoff of the Xallas river using Box–
Jenkins and neural networks methods‖. Journal of Hydrology, 296, 38 – 58.
6. Alp, M. ve Cığızoğlu, H. K., 2005. ―Yapay Sinir Ağı Metodları ve Regresyon Analizi ile
Akım Tahmini‖. II. Ulusal Su Mühendisliği Sempozyumu, 589-598. Gümüldür, Ġzmir.
7. Haykin, S., 1994. Neural Networks: A Comprehensive Foundation. MacMillan. New York.
8. Ham, F. and Kostanic, I., 2001. Principles of Neurocomputing for Science and Engineering.
Macgraw-Hill. USA.
9. Öztemel, E., 2003. Yapay Sinir Ağları. Papatya Yayıncılık. Ġstanbul.
10. Fernando, D.A.K., Jayawardena, A.W., 1998. ―Runoff forecasting using RBF networks with
OLS algorithm‖, Journal of Hydrologic Engineering, 3, 3, 203-209.
11. Cigizoglu H.K., 2005. ―Application of the generalized regression neural networks to
ıntermittent flow forecasting and estimation‖, Journal of Hydrologic Engineering, 10, 4, 336341.
12. Lin, G., Chen, L., 2004. ―A non-linear rainfall-runoff model using radial basis function
network‖, Journal of Hydrology, 289, 1-8.
13. Okkan, U., SerbeĢ Z.A., 2010. ―Radyal tabanlı yapay sinir ağları yaklaĢımı ile günlük
akımların modellenmesi‖, ĠnĢaat Mühendisleri Odası Ġzmir ġube Bülteni, 155, 26-29.
14. Specht, D.F., 1991. ―A general regression neural network. IEEE Transactions Neural
Network‖, 2, 6, 568–76.
15. Box, G. E. P. and Jenkins, G. M., 1976. Time series analysis, forecasting and control. Holden
Day Inc., San Francisco, California.
546
MODELLEME YÖNTEMLERĠ
HAN DERESĠ AKIMLARININ HĠDROLOJĠK ANALĠZĠ
Abdulgani FIRAT
DSĠ 20.Bölge Müdürlüğü, Barajlar ve HES ġub. KAHRAMANMARAġ
[email protected]
Emrah DOĞAN
Sakarya Üniversitesi, ĠnĢaat Mühendisliği Bölümü, 54187, Esentepe/SAKARYA
[email protected]
ÖZET
Türkiye Cumhuriyeti BaĢbakanlık Acil ve Acil Durum Yönetim BaĢkanlığının verilerine göre
ülkemizde mal ve can kayıplarına en fazla neden olan doğal afetin bilinenin aksine deprem değil,
taĢkınlar olduğu tespit edilmiĢtir. Ülkemizde genelde taĢkın riski en çok Karadeniz Bölgesinde
olmasına rağmen, diğer bölgelerde de büyük taĢkınlar görülebilmektedir. Bu çalıĢmada,
Güneydoğu Anadolu Bölgesi, Adıyaman ilinde içme, sulama ve taĢkın kontrol amacı ile
yapılması düĢünülen Gömükan Barajını besleyecek olan Han Deresi akımlarının değiĢimi
incelenmiĢtir. Günlük yağıĢ miktarlarının yağıĢ havzasını tam temsil edebilmesi için Thiesen
Poligon yöntemi kullanılmıĢtır. Debi süreklilik eğrisi çizilmiĢ, yılın tüm günlerinde alınabilecek
debiler bulunmuĢtur. Maksimum feyezan akımları (MAFA) yardımı ile 500, 200 ve 100 yıllık
taĢkın debileri bulunmuĢ ve bu debilerim emniyetli olarak dere yatağından geçip
geçemeyecekleri tespit edilmiĢtir. YağıĢ ve debi iliĢkisinin analizi için çoklu regresyon analizi
(ÇRA) ve yapay sinir ağları (YSA) modelleri kullanılmıĢtır. YSA‘nın ÇRA‘ne göre daha iyi
sonuçlar verdiği ve debi tahmininde etkin bir model olarak kullanılabileceği görülmüĢtür.
Anahtar Kelimeler: Debi, yağıĢ, yapay sinir ağları, çoklu regresyon analizi, Han Deresi.
HYDROLOGIC ANALYSIS OF HAN CREEK FLOWS
ABSTRACT
In this study, the Southeastern Anatolia Region Adıyaman Province drinking, irrigation and
flood control for the purpose of the Han River to feed the planned hydrological Gömükan Dam
examined. Daily rainfall amounts of precipitation for the basin full Thiessen polygon method
was used to represent. Flow duration curve was drawn, all the days of the year can be found to
flow rates. The 500, 200 and 100-year flood discharges were found using maximum flood flows
(MAFA). It is also analyzed that, if these flood discharges will pass as safely through the river
bed or not. To understand the relationship between precipitation and flow, multiple regression
analysis (MLR) and artificial neural networks (ANN) were used. Comparison of the models
shows that, ANN gives better results than MLR.
Keywords: Flow, precipitation, artificial neural networks, regression analysis, Han River.
549
1.GĠRĠġ
Han Deresi; Adıyaman ilinin Kuzey Batısında Çelikhan ilçesi sınırları içerisinde doğan ve
ġepker çayına derive olan, su toplama havza alanı 58 km² olan bir deredir. Han deresinin rakımı
1100 – 850 m arasında değiĢmektedir. Su kalitesi içme ve kullanma suyu kalitesi standartlarını
sağlamaktadır. Han deresi Güneydoğu Anadolu Bölgesinde bulunmaktadır. Bölgenin iklim
özellikleri klasik karasal iklim özelliklerini göstermektedir. Yaz aylarının tamamı , ilkbaharın
son ayları ve sonbaharın ilk ayları oldukça sıcak ve kurak geçmektedir. KıĢ mevsimi genelde
soğuk ve yağıĢlı geçmektedir. Derenin güneyinde Adıyaman ili ve Çamgazi Barajları
bulunmaktadır. Adıyaman ili ve Çamgazi Barajının rakımları ortalama 700 m civarındadır. Yani
dere ile Adıyaman ili arasında 100 - 150 m‘lik bir kot farkı bulunmaktadır. DSĠ tarafından
hazırlanan 1985 tarihli Adıyaman – Kâhta master planda bu dere üzerinde balyan kasabasının
kuzeyinde yapılabilecek bir baraj için hidrolojik ve teorik çalıĢmalar yapılmıĢtır.[1] DSĠ
tarafından ileride yapılması düĢünülen bu barajın yapımı için gerekli olan rasatların temini için
21.212 nolu Han deresi Balyan köprüsü A.G.Ġ, 21.029 nolu ġerefli MGĠ ve Çelikhan MGĠ
istasyonları kurulmuĢtur. Bu çalıĢmada söz konusu MGĠ ve AGĠ istasyonlarının verileri
kullanılmıĢtır.
1.1.Han Deresi Balyan Köprüsü AGĠ (21.212)
Balyan kasabasının hemen güneyinde rakımın en düĢük olduğu yerde bulunmaktadır.
EĢikli ve kontrolsüz bir gözlem istasyonudur.
Alan: 58,17 km²
Kot: 655 m
Harita Kodu : Malatya - ML40
Koordinatları: 37°48‘53‖K - 38°04‘22‖D dir.
ġekil 1. de 21.212 nolu AGĠ‘ nin kesiti görülmektedir.
Resim 1. ve Resim 2.‘de 21.212 nolu AGĠ istasyonunun fotoğrafları görülmektedir.
Resim 1. 21.212 nolu AGĠ‘nin mansaptan
görünüĢü
Resim 2. 21.212 nolu AGĠ‘nin membadan
görünüĢü
550
ġekil 1. 21.212 nolu AGĠ‘ nin kesiti
2.YAPILAN ÇALIġMALAR
2.1.Thiessen Poligon (Çokgen) Yöntemi
Bir YağıĢ havzasını tekbir MGĠ temsil etmiyorsa, yağıĢ havzasının tamamını temsil edecek
verilerin elde edilmesi için bu yöntem kullanılır. Thiessen Poligon (Çokgen) yönteminde,
çalıĢma alanı ve yakın dolaylarında bulunan DMĠ ölçüm noktaları birleĢtirilerek bir üçgen ağı
çizilir. Bu üçgenlerin orta dikmeleri birleĢtirilerek her DMĠ için çokgenler elde edilir.
DMĠ‘larının çalıĢma alanı içerisinde kalan alanları ve yıllık ortalama yağıĢ değerleri belirlenir.
Bu yöntemde aĢağıdaki formül kullanılarak yıllık ortalama yağıĢ miktarı hesaplanır
Port= (S1P1+S2P2+…..SnPn)/A
S
A
Pn
Port
(1)
: DMİ’larına ait çokgen alanları (mm2),
: ÇalıĢma alanı (mm2),
: DMĠ‘larına ait yıllık ortalama yağıĢ değeri (mm),
: ÇalıĢma alanı için yıllık ortalama yağıĢ değeri (mm),
Han Deresi YağıĢ Havzasının poligonları çizildiğinde, havzanın %85 ‘ni ġerefli MGĠ, %15‘ni
Çelikhan MGĠ nin temsil edildiği görülür.(ġekil 2.)
Port= YÇelikhan x 0,15 + Yġerefli x 0,85 olarak hesaplanır.
551
ġekil 2. Thiessen poligon yönteminin Han Deresi havzasında uygulanması
2.2.YağıĢ Gün ĠliĢkisi (P-t)
Han deresinin bulunduğu bölge yılın 4-5 ayını kurak mevsim olarak yaĢamaktadır. Yılın bu
aylarında yağıĢ miktarı 0 mm olabilmektedir. Bu 2007 su yılına ait yağıĢ-gün (P-t) grafiğinde de
açıkça görülebilmektedir. (ġekil 3.)
Yağış Alanı :
Kotu
:
58.17
564
21-029 ġerefli MGĠ GÜNLÜK ORTALAMA YAĞIġ
2
km
m.
Birimi: mm.
2007 SU YILI
Top.Yağış
mm/ay
Ekim
Kasım
37,200
84,200
Aralık
Nisan
Mayıs
Haziran
Temmuz
Ağustos
Eylül
154,900 100,500 142,000 88,400 80,600
23,600
11,000
0,000
0,000
0,000
Ocak
Şubat
Mart
80,00
70,00
Yağış mm
60,00
50,00
40,00
30,00
20,00
10,00
0,00
0
30
60
90
120
150
180
210
240
Gün
ġekil 3. Han Deresi 2007 su yılı yağıĢ-gün grafiği
552
270
300
330
360
2.3.Akım – YağıĢ ĠliĢkisi (Q-P)
Akımın yağıĢ ile iliĢkisi öteden beri hidrolojinin ana konusu olmuĢtur. Akım yağıĢ iliĢkisini
analiz ve istatistikî çalıĢma yapmadan anlamanın en kolay yolu Q-P grafiği çizmektir. Q-P
grafiği akım yağıĢ iliĢkisi hakkında bir ön fikir verir. Han deresi Akım- yağıĢ iliĢkisi
incelendiğinde akım ile yağıĢın paralel hareket ettikleri rahatlıkla görülebilir. Haziran, Temmuz,
Ağustos, Eylül aylarının kurak geçtikleri, yılın tüm yağıĢlarının büyük çoğunluğunun kıĢ
aylarında düĢtüğü gözlemlenmektedir.(ġekil 4.)
ġekil 4. Han Deresi akım-yağıĢ grafiği
2.4.Debi Süreklilik Eğrisi (Q - %)
Debi süreklilik eğrisi gözlenmiĢ verilere göre akarsuda belli bir debinin aĢıldığı zaman yüzdesini
gösterir. Akarsuyun düĢük akım karakteristiklerini iyi ifade eden bu çizgi genellikle düĢey
eksende debi, yatay eksende aĢılma yüzdesi olacak Ģekilde çizilir. Akarsu ve nehir üzerinde
yapılacak herhangi bir tesisin ( HES, baraj, gölet vb.) kullanacağı debinin, yılın ne kadarında
alınabileceğini önceden görmemizi ve tesisimizi ona göre yapmamızı sağlar. Baz akımın tespiti
proje debisinin tespitinde anahtar rol oynaktadır. Han Deresi debi süreklilik eğrisinden
anlaĢılacağı gibi yılın %70‘inde alınabilecek debi 0,13-0,14 m³/s civarındadır. Yataktan sürekli
alınabilecek debi miktarı(baz akım) 3-10 litre civarındadır. Han Deresinde Türkiye akarsularının
karakteristik özelliği olan düzensiz rejimi özelliği rahatlıkla görülebilmektedir.(ġekil 5.)
553
HAN DERESİ DEBİ SÜREKLİLİK GAFİĞİ
Q (m 3/s)
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
ġekil 5.
3
2
nedir
1
0
ġekil 5.
açıkla
0
10
ġekil 5. Han Deresi debi süreklilik eğrisi
20
30
40
50
60
70
%
80
90
100
2.5.Debi Tahmini
Hidrolojik çalıĢmalarda gözlenmiĢ veriler yardımıyla akım tahmin modelleri oluĢturulur. Bu
çalıĢmada, akım tahminleri için, klasik lineer regresyon analizi ve son yıllarda hidrolojik
çalıĢmalarda popüler olan yapay sinir ağları metotları kullanılmıĢtır.
2.5.1.Çoklu lineer regresyon analizi
Mühendislik problemlerinin çoğunda iki ya da daha çok sayıda rastgele değiĢkenin aynı gözlem
sırasında aldıkları değerlerin birbirinden bağımsız olmadığını, dolayısıyla bu değiĢkenler
arasında istatistiksel bir iliĢki bulunduğunu görürüz. Ġki değiĢken arasında bir iliĢki ulunabileceği
gibi, iki değiĢkenin baĢka bir değiĢkeni birlikte etkilemeleri de mümkündür. Regresyon
analizinin amacı göz önüne alınan değiĢkenler arasında anlamlı bir iliĢki bulunup bulunmadığını
belirlemek, böyle bir iliĢki varsa bu iliĢkiyi ifade eden regresyon denklemini elde etmek ve bu
denklemi kullanarak yapılacak tahminlerin güven aralıklarını hesaplamaktır [2].
Regresyon analizinde amaç debiyi etkileyen faktörleri bulmak ve sentetik veri üretebilmektir. Bu
çalıĢmada 2002-2003-2004-2005-2006-2007 yıllarına ait 2195 adet günlük debi ve yağıĢ verisi
kullanıldı. Bu verilerin ilk 1195 âdeti eğitim için geriye kalan 1000 âdeti ise test için kullanıldı.
Çoklu regresyon analizinde 11 farklı senaryo denenmiĢ ve grafikleri çizilmiĢtir. Determinasyon
katsayısı (R²) = 1 eĢit olan senaryo ideal senaryodur. R²= 1‘ en yakın senaryo en baĢarılı
senaryodur.
Yapılan çalıĢmada, en baĢarılı senaryodan en baĢarısız senaryoya olacak Ģekilde aĢağıda tablo
halinde verilmiĢtir. ( Tablo 2.)
554
Tablo 1. ÇRA ve YSA ile denenen senaryolar ve bulunan determinasyon katsayısı (R²) değerleri
Senaryo No
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Senaryo
Q(t-3) P(t-3) Q(t-2) P(t-2) Q(t-1) P(t-1) P(t) → Q(t)
Q(t-1) P(t) → Q(t)
Q(t-2) P(t-2) Q(t-1) P(t-1) P(t) → Q(t)
Q(t-3) Q(t-2) Q(t-1) → Q(t)
Q(t-1) → Q(t)
Q(t-2) Q(t-1) → Q(t)
P(t-4) P(t-2) P(t-1) P(t) → Q(t)
P(t-2) P(t-1) P(t) → Q(t)
P(t-1) P(t) → Q(t)
P(t) → Q(t)
ÇRA, R²
0,7872
0,7867
0,7864
0,7833
0,7591
0,7586
0,7557
0,1693
0,1549
0,1360
0,1006
YSA, R²
0,8238
0,8206
0,8244
0,8213
0,7763
0,7812
0,7808
0,1741
0,1726
0,1380
0,1050
2.5.2.Yapay sinir ağları ile çoklu regresyon Analizi :
YSA, Yapay Zekâ (YZ) biliminin bir alt dalıdır ve insan beyninin varsayılan çalıĢma prensibini
kendine model edinmiĢ yapay sistemlerdir. Öğrenme yoluyla bilgi ve tecrübenin artırılması ve
öğrenilenlerden faydalanarak sonuç üretilmesi prensibiyle iĢlemektedir.[3]
ġekil 6. Tek katmanlı YSA modelleri
Yapay sinir ağları ile çoklu regresyon analizinin çoklu regresyon analizinden farkı bilgisayar
programı aracılığıyla regresyon yapmasıdır. Yapay zeka programı olarak NeuroSolutions 4.0
programı kulanıldı. Bu çalıĢmada YSA regresyon analizinde de ÇRA de kullanılan 11 farklı
senaryo üzerinde çalıĢma yapılıp, grafikleri çizildi. YSA ile yapılan regresyon analizler daha iyi
sonuçlar vermiĢlerdir. YSA aile yapılan hesapta R² 1‘e daha çok yaklaĢmıĢtır. YSA ile yapılan
analizler. AĢağıda her ki yöntemle çizilen grafikler aĢağıda verilmiĢtir. YSA ile yapılan analiz
sonucu bulunan Q değerlerinin ölçülen Q değerlerine yakın çıktıkları gözlenmektedir.
555
R² =0,7867
16
14
Ölçülen Q (m3/s)
12
10
8
y = 0,8207x + 0,1983
R2 = 0,7867
6
4
2
0
0
2
4
6
8
10
Tahm in Q (m 3/s)
12
14
16
ġekil 7. ÇRA yöntemiyle debi miktarının tahmin edilmesi
YSA ile
R² =0,8206
16
14
Ölçülen Q (m3/s)
12
10
8
y = 0,8438x + 0,1698
R2 = 0,8206
6
4
2
0
0
2
4
6
8
10
Tahm in Q (m 3/s)
12
14
ġekil 8. YSA yöntemiyle debi miktarının tahmin edilmesi
556
16
Q(t-3) P(t-3) Q(t-2) P(t-2) Q(t-1) P(t-1) P(t) → Q(t) R² =0,7867
16,0000
14,0000
Q (m3/s)
12,0000
10,0000
8,0000
6,0000
4,0000
2,0000
0,0000
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
Gün
Ölçülen Q (m3/s)
Tahmin Q (m3/s)
ġekil 9. ÇRA ile tahmin edilen ve ölçülen akım değerlerinin kıyaslanması
YSA ile
Q(t-3) P(t-3) Q(t-2) P(t-2) Q(t-1) P(t-1) P(t) → Q(t) R² = 0,8206
16,0000
14,0000
Q (m3/s)
12,0000
10,0000
8,0000
6,0000
4,0000
2,0000
0,0000
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
Gün
Ölçülen Q (m3/s)
Tahmin Q (m3/s)
ġekil 10. YSA ile tahmin edilen ve ölçülen akım değerlerinin kıyaslanması
2.6.Maksimum Akımların Ekstrem Dağılımları (MAFA) Yardımı ile Pik Debi Hesabı
Kullanılan Yönetmeler
1. Normal Dağılım
2. Log-Normal Dağılım ( 2 Parametreli)
3. Log-Normal Dağılım ( 3 Parametreli)
4. Pearson Tip-3 (Gama Tip-3)
5. Log-Pearson Tip-3
6. Gumbel
2.6.1.Gumbel dağılımı
TaĢkın zirve akıĢları, Ģiddetli sağanaklar gibi ekstrem (en büyük) değerlerin frekans analizinde
en çok kullanılan teorik dağılım, Gumbel dağılımı adıyla da bilinen Fisher - Tippet Tip I
557
dağılımıdır. [Linsley ve diğ., 1988; Chow ve diğ., 1988; Bedient ve Huber, 1989; McCuen,
1998]
Belirli dönüĢ (tekerrür) aralıları (T) için beklenen olası (muhtemel) taĢkınlar aĢağıda verilen
denklem yardımıyla hesaplanabilir.
xT    xT
(2)
Burada:
xT = T dönüĢ aralığında beklenen olası taĢkın miktarı,
 = Gözlenen MAFA değerlerinin ortalaması,
xT = Ortalamadan sapmayı veya değiĢimi ifade eden miktardır ve . xT  KT 
olarak
yazılabilir. Buna göre yukarıdaki denklem aĢağıdaki gibi tekrar yazılabilir.
xT    KT 
(3)
Burada,
KT = Frekans faktörü,
 = Standart sapmadır.
Gumbel (Ekstrem Değer) dağılım için aĢağıdaki gibidir.
f ( x) 
 x u
 x  u 
exp  
 exp  


  
 
1
-∞x∞
(4)
Burada,
6 sx
u  x  0.5772

Gumbel dağılımı için (3) denklemindeki KT değeri aĢağıdaki denklem yardımıyla hesaplanabilir.

KT  
6
  T  
0.5772  ln ln 
 
 
  T  1  
(5)
Gumbel metodu ile bulunan taĢkın debileri
Q2 = 13,79 m³/s
Q5 = 19,00 m³/s
Q200 = 26,80 m³/s
Q50 = 30,03 m³/s
Q100 = 33,24 m³/s
Q200 = 36,43 m³/s
Q500 = 40,64 m³/s
Maning formülü ile kesitin geçirebileceği maksimum debi hesabı
Q
1 2 3 1/ 2
R J A
n
(6)
558
Burada, Q=debi (m3/s), n=manning pürüzlülük katsayısı, R=hidrolik yarıçap, J=kanal taban
eğimi ve A= enkesit alanıdır.
Han deresi için Manning uygulanırsa;
n = 0,02 , A = 1,2 x 8 = 9,6 m² , P = 8 + 2 x 1,2 =10,4 m , R = 9,6 / 10,4 = 0,923 m² , J=0,01
Q= 9,6/0,02 x (0,923)^(2/3) x (0,01)^0,5
Qmax =45,51 m³/s
H = 1,2 m
Qmax = 45,51 m³/s > Q500 olduğundan dere yatağı 500 yıllık taĢkın debisini emniyetli bir
Ģekilde geçirebilmektedir.(ġekil 11. )
Q500
Q200
Q100
Q50
Baz Akım
L = 8,00 m
ġekil 11. Han Deresinin balyan köprüsü kesiti ve pik debilerin kesitteki davranıĢı
3.SONUÇ
Han deresi akım rejimi, Türkiye genelindeki nehirlerde olduğu gibi düzensizdir. Havza yılın bazı
ayları özellikle yaz ve son bahar aylarında kurak mevsim yaĢamaktadır. Debi Süreklilik
eğrisinden de anlaĢılacağı gibi yılın %70‘inde alınabilecek debi 0,13-0,14 m³/s civarındadır.
Yataktan sürekli alınabilecek debi miktarı (baz akım) 3-10 lt/sn civarındadır.
Derenin feyezan ayları kıĢ ve ilkbahar aylarıdır. Dere yatağı 500 yıllık taĢkın debilerini emniyetli
olarak geçirebilmektedir. Han Deresinde taĢkın riski yok denecek kadar azdır, akım bakımından
düĢük akımlı bir dere olmasına rağmen, yüksek debilerde akımın hızı arttığından, akımın yaptığı
erozyon çok fazladır, ayrıca erozyonda dere eğiminin fazla olmasının da etkisi vardır. Toprak
erozyonunu engellemek için; sekiler, tersip bentleri ve taĢkın koruma duvarları inĢa edilebilir.
Bu çalıĢmada 2002-2003-2004-2005-2006-2007 yıllarına ait 2195 adet günlük debi ve yağıĢ
verisi kullanıldı. Bu verilerin ilk 1195 âdeti eğitim için geriye kalan 1000 âdeti ise test için
kullanıldı. 11 farklı senaryo yapay sinir ağları (YSA) ve çoklu regresyon analizi (ÇRA)‘ne tabi
tutularak modellerden elde edilen sonuçlar kıyaslanmıĢtır.YSA‘nın ÇRA‘ne göre daha iyi
sonuçlar verdiği ve debi tahmin modeli olarak kullanılabileceği görülmüĢtür.
YSA ile yapılan analizde debi miktarının o günkü yağıĢ miktarına (P(t)) bağlı olmadığı, ancak
daha önceki günlerdeki yağıĢ miktarları ((P(t-1),P(t-2),P(t-3),P(t-4)) ile fonksiyonel bir iliĢkiye
sahip olduğu görülmüĢtür.
Han Deresi debi tahmininde senaryo 1 en iyi sonucu vermiĢtir. Debi ile 3 gün önceki debi ve
yağıĢlar arasında (Q(t-3) P(t-3) Q(t-2) P(t-2) Q(t-1) P(t-1) P(t)) çok yüksek oranda bir fonksiyonel
iliĢki vardır. 1 no‘lu senaryo sonucu, tahmin edilen değerlerin ölçülen değerlere çok yakın çıktığı
ġekil 8. de görülmektedir.
559
1 no‘lu senaryo, 6 m³/s den küçük debilerin tahmininde için çok iyi sonuçlar vermiĢtir, 6 m³/s
den büyük debilerin tahmininde sapmalar görülmüĢtür.
6 m³/s den küçük debilerin, 3 gün önceden yapılan tahminlerinde kullanılabilinecek en iyi
senaryonun, 1 no‘lu senaryo olduğu görülmüĢtür.
KAYNAKLAR
1. DSĠ,Adıyaman - Kahta Master Planı,Ankara,1985
2. DSĠ, Mühendislik Eğitimi Notları, Ankara, 2006
3. ġen,Z.,Yapay Sinir Ağı Ġlkeleri, Su vakfı, Ġstanbul,2004
4. McCuen, R.H., Hydrologic Design and Analysis, Prentice Hall, 1998.
5. Linsley, R.K., Kohler, M.D., ve Paulhus, J.I.H., Hydrology for Engineers, Mcgraw-Hill,
New York, USA, 1988.
6. Chow, V.T., Maidment, D.R., ve Mays, L.W., Applied Hydrology, Mcgraw-Hill, New York,
USA,1988.
7. Bayazıt M., Hidroloji Uygulamaları, ĠTÜ, Ġstanbul,1982.
8. Bayazıt M.ve Önsöz B.,TaĢkın ve Kuraklık Hidrolojisi, Nobel Yay.Ġstanbul, 2006.
9. E.Ġ.E, Hidrolik Analiz ve Tasarım, Ankara, 1991.
10. DSĠ, Türkiye Akarsu Havzaları Maksimum Akımlar Frekans Analizi, Ankara, 1995.
11. Sönmez O.,Doğan E.,‖YSA ve RA Yönt. Kullanılarak Derelerin Debi Tahmini‖, Sakarya
2010.
12. Toluk T.,‖Akarsu Akımlarının YSA Met. Kullanılarak Modellenmesi Y.L. Tezi‖,Sakarya
2006.
13. Ağıralioğlu N.,Baraj Planlama ve Tasarımı Cilt 1,Su Vakfı Yayınları,Ġstanbul,2004.
14. Lopçu Y.,‖ Yıllık Maks. YağıĢların ġiddet-Süre-Tekerrür Modelleri Y.L Tezi‖ Ġzmir,2007.
560
―5. Ulusal Su Mühendisliği Sempozyumu”
RĠJĠT BĠR TABAN YAKININDAKĠ BAġLIKLI BĠR BORU HATTI
ETRAFINDAKĠ AKIMIN DENEYSEL VE SAYISAL ĠNCELENMESĠ
Ahmet Alper ÖNER
Aksaray Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, ĠnĢaat Mühendisliği Bölümü, AKSARAY
[email protected]
M. Salih KIRKGÖZ
Çukurova Üniversitesi, Mühendislik-Mimarlık Fak., ĠnĢaat Müh. Bölümü, ADANA
[email protected]
M. Sami AKÖZ
[email protected]
Veysel GÜMÜġ
[email protected]
ÖZET
Rijit bir taban yakınındaki dairesel silindir ile akıntı arasındaki etkileĢim problemi boru hatları
gibi kıyı ötesi yapıların tasarım ve inĢasında büyük öneme sahiptir. Önceki çalıĢmalar, hareketli
bir taban üzerine yerleĢtirilen boru hattı üzerine düĢey bir baĢlık (spoiler) monte edilmesinin
oyulmanın miktar ve hızını artırabileceğini göstermektedir. Bu çalıĢmada, baĢlıklı pürüzsüz bir
boru hattı etrafındaki 2 boyutlu türbülanslı akım PIV tekniği kullanılarak ölçülmüĢ ve olayı idare
eden denklemler sonlu elemanlar yöntemine dayalı ANSYS11® paket programı kullanılarak
çözülmüĢtür. Elde edilen sayısal bulguların deneysel ölçümlerle karĢılaĢtırılması sonucu, uygun
bir ağ yapısı ile k- ve SST türbülans modellerinin akım alanını tanımlamada k-‘a göre daha
baĢarılı olduğu görülmüĢtür.
Anahtar Kelimeler: BaĢlık, boru hattı, PIV tekniği, ayrılma bölgesi.
EXPERIMENTAL AND NUMERICAL INVESTIGATION OF FLOW
AROUND PIPELINE WITH A SPOILER NEAR A RIGID BED
ABSTRACT
Interaction of current with circular cylinders near a rigid bed is important for designing of
offshore structures such as pipelines. Past investigations show that pipeline on movable bed with
the application of a spoiler may increase the rate and extend of scouring. In this study, PIV
technique is used to measure 2D turbulent flow around a smooth pipeline with a spoiler and
ANSYS11® program package based on the finite element method is used to solve the governing
561
equations. The computational results compared with the experimental values reveal that by the
aid of a suitable computational mesh, the k- and SST turbulence models are found more
successful in the simulation of the flow field than k-.
Keywords: Spoiler, pipeline, PIV technique, separation area.
1.GĠRĠġ
Serbest yüzeyli bir akımda tabana yakın küt cisimler ve akım arasındaki etkileĢim özellikle deniz
altı boru hatları gibi mühendislik uygulamalarında önemli bir yere sahiptir. Cisim etrafındaki
akım alanının ve cisme gelen kuvvetlerin belirlenmesi mühendislik tasarımları için gereklidir.
Katı madde taĢınımı olan kıyı veya akarsu tabanına yerleĢtirilen boru ya da iletim hatları gibi küt
cisimler sebebiyle tabanda oyulmalar meydana gelebilmektedir. OluĢan oyulmalar neticesinde,
zamanla, boru hattı ile taban arasında boru çapına eĢdeğer büyüklüklere varabilen boĢluklar
oluĢabilmekte ve bunun sonucunda, boru hattı tabana yakın bir mesafede askıda kalabilmektedir.
Bir boru hattının veya yatay bir silindirik yapı elemanın tabana yakın Ģekilde monte edilmesi ya
da zamanla erozyon sebebiyle askıda kalması durumunda silindir ile taban arasında oluĢan
açıklık (G), silindir etrafındaki akım alanı özelliklerinin belirlenmesinde tasarım açısından önem
arz etmektedir. Silindir etrafındaki akımın yapısı geçmiĢte birçok araĢtırmacı tarafından deneysel
[Zdravkovich, 1985; Price ve diğ., 2002; Öner ve Kırkgöz, 2007; Öner ve diğ., 2008 ] ve teorik
[Lei ve diğ., 1999; Kırkgöz ve Öner, 2006; Aköz ve diğ., 2007] olarak incelenmiĢtir.
Hareketli bir taban üzerine yatay olarak yerleĢtirilen ve askıda kalmıĢ dairesel bir silindir, zaman
içerisinde meydana gelen dinamik etkilerle kendi kendine taban içerisine gömülebilmektedir.
Boru hatlarının kendi kendine gömülmesinin sağlanması maliyet bakımından alternatif bir
yöntem olarak araĢtırılmaktadır.
Daha önce yapılan çalıĢmalar, bir boru hattının kendi kendine gömülmesini artırmanın ve
hızlandırmanın boru hattı üzerine bir baĢlık (spoiler) yerleĢtirilerek yapılabileceğini
göstermektedir. Boru hattı üzerine baĢlık yerleĢtirilmesi yeni bir fikir gibi görülse de, akım
alanının istenilen Ģekilde değiĢtirilmesi için cisim üzerine baĢlık yerleĢtirilmesi yöntemi özellikle
kara taĢıtlarında eskiden beri kullanılmaktadır. Günümüzde birçok projede uygulama alanı bulan
boru hattı üzerine baĢlık yerleĢtirilmesinin, oluĢan oyulma miktarını artırdığı gibi baĢlıksız bir
boru hattına göre 10 kata kadar daha hızlı gömülmeye sebep olduğu bildirilmektedir [Hulsbergen
ve Bijker, 1989]. Bu konuda yapılan deneysel ve teorik çalıĢmalar, oyulma miktar ve hızında
meydana gelen artıĢa sebep olarak, yerleĢtirilen baĢlığın neden olduğu blokaj etkisini ve taban ile
boru hattı arasındaki akım yoğunluğunun artmasını ana etkenler olarak göstermektedir
[Hulsbergen ve Bijker, 1989; Chiew, 1992; Cheng ve Chew, 2003]. Boru hattı üzerine
yerleĢtirilen baĢlığın, silindir mansabında oluĢan kuyruk geniĢliğini artırdığı ve böylece vorteks
çiftleri arasındaki etkileĢimi bozarak düzenli vorteks kopmasını geciktirdiği ya da tamamen
engellediği ve boru hattı üzerine gelen basınç dağılımını değiĢtirdiği, bu yüzden de baĢlıklı bir
boru hattı tasarımında bahsedilen hususların dikkate alınması gerektiği bildirilmektedir [Cheng
ve Chew, 2003].
Birçok projede uygulama alanı bulmuĢ olmasına karĢın, konunun ticari boyutu sebebiyle boru
hattı üzerine yerleĢtirilen baĢlığın boru hattı etrafındaki akıma etkisi konusunda literatüre
yansıyan yeterli verinin bulunmadığı görülmektedir. Bu çalıĢmada, dalga etkisinin
hissedilmediği düzenli akıntı durumunda, boru üzerine yerleĢtirilen baĢlığın akımda neden
olduğu değiĢimleri incelemek amacıyla, açık kanal akımında kanal tabanı ile silindir arasındaki
açıklığın, G=10mm olması durumunda, baĢlıklı, pürüzsüz, izole bir silindir etrafındaki akım PIV
kullanılarak deneysel olarak incelenmiĢtir. BaĢlıklı silindir için elde edilen deneysel bulgular,
562
aynı akım Ģartları için Kırkgöz ve Öner (2007) ve Öner ve diğ. (2008)‘in baĢlıksız silindir için
yaptıkları deneysel çalıĢmalar ile karĢılaĢtırılmıĢtır. Ayrıca ANSYS11®-CFD paket programı
kullanılarak sayısal bir model oluĢturulmuĢ ve elde edilen sayısal hesap bulguları deneysel
bulgularla karĢılaĢtırılmıĢtır.
2.DENEYLER
Deneyler Ç. Ü. Makine Mühendisliği Bölümü Laboratuarında kapalı çevrim olarak çalıĢan 1m
geniĢlik, 0.75m derinlik ve 14m uzunluğa sahip, saydam duvarlı açık kanalda gerçekleĢtirilmiĢtir
(ġekil 1). Kanal giriĢinden itibaren, geliĢmiĢ akım Ģartlarının sağlandığı 4m uzaklığa kanal ile
aynı geniĢlikteki 2m uzunluk ve 15mm kalınlığındaki bir platform yerleĢtirilmiĢtir.
Nd: YAG Lazer
Lazer demeti
Platform
Akım
CCD Kamera
Senkronizer
Bilgisayar
Lazer kaynakları
ġekil 1. Deney düzeneği ve PIV sistemi
Platform baĢlangıcından 1500mm uzaklığa, platform ve silindir arasındaki açıklık G=10mm
olacak Ģekilde, D=50mm çapındaki pürüzsüz dairesel bir silindir monte edilmiĢtir. Silindirin
tabandan uzak yüzeyine ise 10mm yükseklik ve 2mm kalınlığa sahip pleksiglas bir baĢlık
(spoiler) monte edilmiĢtir (ġekil 2).
Nd: YAG Lazer
Akım
y
BaĢlık
Yalancı duvar
h=320 mm
Akım
x
600 mm
Platform
1.0 m
D=50m
m
G=10mm
Lazer demeti
(a) Yandan görünüĢ
(b) Üstten görünüĢ
CCD Kamera
ġekil 2. Kanalda silindir modeli ve PIV lazer demeti
563
Deneylerde, platform üzerindeki su derinliği h=320mm olarak sabitlenmiĢ ve u0=190 mm/s‘lik
serbest akım hızına karĢılık gelen silindir çapına bağlı Reynolds sayısının ReD(=u0D/)= 9500
değeri için, silindir etrafındaki akım hız alanı Parçacık Görüntülemeli Hız Ölçümü- Particle
Image Velocimetry (PIV) tekniği ile ölçülmüĢtür. Deney düzeni ile ilgili daha fazla bilgi Öner
(2007) ve Öner ve diğ. (2008)‘de bulunabilir.
PIV tekniğinde, incelenmek istenen akım alanına gönderilen lazer demetinin oluĢturduğu
görüntüleme yüzeyindeki mikron boyutlardaki, gümüĢ kaplı parçacıkların yer değiĢtirmesi takip
edilmekte, böylece akımı rahatsız etmeden ölçüm yapmak mümkün olmaktadır. ġekil 1‘de
Ģematik olarak verilen PIV sisteminde, ölçüm alanına gönderilen lazer çok küçük zaman
aralıkları ile ıĢır. Aynı anda, lazerle senkronize bir Ģekilde çalıĢan yüksek çözünürlüklü CCD
kamera her bir ıĢıma anında parçacıkların hareketini kayıt eder ve kayıtlar bilgisayara aktarılır.
Özel yazılımlar ile elde edilen görüntülerin prosesleri yapılarak ölçüm alanındaki anlık ve
zamansal ortalama hız vektörleri, akım çizgileri gibi akım özellikleri belirlenir. PIV sisteminin
çalıĢma prensibi ve kullanımına ait daha geniĢ bilgi ġahin ve diğ. (2003) ve Öner (2007)
tarafından verilmiĢtir.
3.SAYISAL MODEL
3.1.Temel Denklemler Ve Türbülans Modelleri
Silindir etrafındaki iki-boyutlu, düzenli, sıkıĢmayan, türbülanslı akımda hareketi idare eden,
temel denklemler aĢağıdaki gibi yazılabilir;
ui
0
xi
u j
(1)
ui
p
 2ui

 Ki 


(  uiuj )
x j
xi
x j x j x j
(2)
Kütlenin ve momentumun korunumundan elde edilen (1) ve (2) denklemlerinde ui, xi
doğrultusundaki akım hız bileĢenini, ρ akıĢkan yoğunluğu, Ki yer çekiminden kaynaklanan
kütlesel kuvveti, p basıncı, μ dinamik viskoziteyi,   uiuj türbülans kayma gerilmesini ve ui ve
u j ise yatay ve düĢey türbülans hız sapınçlarını ifade etmektedir.
Denklem (2)‘deki türbülans kayma gerilmesi bünye denklemi aĢağıdaki gibi verilebilir:
 u
u 
 ij    uiuj    i  j 
 x j xi 
(3)
Hesaplamalı AkıĢkanlar Dinamiği (CFD) yöntemleri ile yapılan modellemelerde, (3)
denklemindeki η türbülans viskozitesinin belirlenmesi için farklı türbülans modelleri
geliĢtirilmiĢtir [White, 1991; Wilcox, 2000]. Bu çalıĢmadaki sayısal modellemede standart k-,
standart k- ve SST türbülans modelleri kullanılmıĢtır.
564
3.1.1.Standart k-ε türbülans modeli
Ġki denklemli türbülans modelleri içerisinde en iyi bilineni olan k- modelinde türbülans
viskozitesinin hesabı, türbülans kinetik enerjisi k, ve onun kayıp oranı, ‘a bağlı olarak
tanımlanmaktadır [Launder ve Spalding, 1974]:
  C
k2
(4)

(4) denkleminde Cη model sabiti olup 0.09 değerindedir. Bu modelde k ve  değerlerinin
bulunması için iki adet kısmi diferansiyel transport denkleminin çözümü gerekmektedir. Bu
sebeple de iki denklemli türbülans modeli olarak tanımlanmaktadır.
3.1.2.Standart k- türbülans modeli
Ġki-denklemli türbülans modellerinden bir diğeri olan k- modeli Wilcox (1988) tarafından
geliĢtirilmiĢ olup, türbülans viskozitesi aĢağıdaki gibi ifade edilmektedir [Wilcox, 1988]:

k
(5)

Denklem (5)‘de yer alan  terimi, özgül enerji kayıp oranıdır ve    /(C k ) Ģeklinde ifade
edilmektedir. Bu modelde, k ile birlikte  için ikinci bir transport denkleminin çözülmesi
gerekmektedir. k- modeli, k-ε‘a nispeten daha az bilinmesine karĢın, pozitif basınç gradyanının
oluĢtuğu sınır tabakası akımlarında daha baĢarılı sonuçlar verdiği bildirilmektedir [Wilcox,
2000].
3.1.3.SST türbülans modeli (Shear Stress Transport)
k- türbülans modelinin katı sınır yakınında ve küt cisimler etrafındaki sınır tabakası ayrılmasını
belirlemede k- modeline oranla zayıf kaldığı, buna karĢın katı sınırdan uzaklaĢtıkça daha iyi
sonuçlar verdiği bildirilmektedir [Menter, 1994]. Menter (1994), her iki modelin üstünlüklerini
tek modelde birleĢtirerek SST türbülans modelini oluĢturmuĢtur. SST modeli, F1, karıĢım
fonksiyonu yardımıyla, katı sınır yakınında k- model katsayılarını kullanırken, sınırdan
uzaklaĢtıkça yumuĢak bir geçiĢle k- model katsayılarına geçiĢ yapmaktadır. SST türbülans
modeli katsayıları (  ) F1 fonksiyonunun yardımı ile,   F11  (1  F1 )2 Ģeklinde
hesaplanmaktadır. Burada 1 k- modelinin,  2 ise k- türbülans modeli katsayılarını temsil
etmektedir. F1 fonksiyonu katı sınır yakınında 1, uzaklaĢtıkça 0 olacak Ģekilde oluĢturulmuĢtur.
SST türbülans modeli bu sayede k- ve k- model katsayıları arasında geçiĢ yapabilmektedir
[Menter, 1994].
3.2.Çözüm Bölgesi Ve Sınır ġartları
BaĢlıklı silindir etrafındaki akım alanının hesaplanması için yapılan iki boyutlu sayısal modelin
oluĢturulmasında, sonlu elemanlar yöntemine dayalı ANSYS11®-Flotran hesaplamalı akıĢkanlar
dinamiği paket programı kullanılmıĢtır. Deney Ģartlarına uyumlu Ģekilde oluĢturulan hesap
bölgesi ve sınır Ģartları ġekil 3‘de verilmiĢtir. ġekilde görüldüğü gibi 10mm yüksekliğinde bir
baĢlığa sahip, D=50mm çapındaki silindir hesap alanının baĢlangıcından 1500mm uzaklığa,
kanal tabanı ile silindir arasındaki açıklık G=10mm olacak Ģekilde yerleĢtirilmiĢtir.
Hesaplamalarda su yüksekliği 320mm olarak alınmıĢtır. Çözüm bölgesinde, katı sınırların
565
pürüzsüz ve geçirimsiz olması sebebiyle alt sınır ve silindir yüzeyinde yatay ve düĢey hızların
u,v =0 olduğu kabul edilmiĢ, çözüm bölgesinin çıkıĢ ve üst sınırlarında ise akımın atmosfere açık
olması sebebiyle basınç p =0 olarak alınmıĢtır. Silindir merkezinin kanal baĢlangıcına ve
bitimine olan uzaklıkları sırasıyla 30D ve 10D olarak belirlenmiĢtir. Su yüksekliği ise yaklaĢık
6.5D yüksekliğindedir. Bu uzaklıkların daha fazla artırılmasının silindir etrafındaki akımın
sayısal çözümünde etkili olmadığı daha önce yapılmıĢ olan çalıĢmalarda belirtilmektedir. [Lei ve
diğ., 1999; Cheng ve Chew, 2003].
I
II
III
y=200 mm
IV
V
ÇıkıĢ sınırı
p=0
Üst sınır, p=0
x=1700 mm
y=320 mm
x=-1300 mm
GiriĢ sınırı
u0=190mm/s, v=0
y
VI
Alt sınır ve silindir yüzeyi u=v=0
x
ġekil 3. Çözüm bölgesi ve sınır Ģartları
Silindir etrafında en uygun hesap ağı seçiminin çözümün yakınsamasını hızlandırması ve daha
hassas sonuçlar elde edilmesini sağlaması [Aköz ve diğ., 2007; Öner, 2007; Dayem ve Bayomi,
2006] sebebiyle silindir yakınındaki hesap ağında en uygun sıklığa sahip ağ yapısı belirlenmeye
çalıĢılmıĢtır. Tüm hesap bölgesinde yüksek yoğunluklu elemanlar kullanmak yerine
değiĢkenlerin yersel değiĢim oranlarının büyüdüğü bölgelerde eleman yoğunluklarının artırılması
amaçlanmıĢtır. Bu sebeple ġekil 3‘de görüldüğü gibi, hesap ağı, akımın silindirin varlığından
etkilenme oranına bağlı olarak 6 farklı yoğunluklu bölgeye ayrılmıĢtır.
3.3.Hesaplama Ağı
En uygun sonlu elemanlar hesap ağının oluĢturulması amacıyla silindirden etkilenen akım
bölgesindeki hesap ağı, etkilenmeyen uzak bölgelere kıyasla, daha fazla yoğunlaĢtırılmıĢtır.
Silindirden nispeten az etkilenen I,II, III, IV ve VI bölgelerinde dikdörtgen eleman yapısı tercih
edilirken, silindir ve baĢlıktan fazlasıyla etkilen, silindir etrafındaki V bölgesinde ise üçgen ağ
yapısı kullanılmıĢtır. Hesaplamalarda I,II, III, IV ve VI bölgelerindeki ağ yoğunlukları
değiĢtirilmezken, V bölgesinde 4 farklı yoğunluklu ağ kullanılmıĢtır. Ağ 1, Ağ 2, Ağ 3 ve Ağ 4
kullanılarak elde edilen sayısal hesap bulguları deneysel veriler ile karĢılaĢtırılmıĢtır. ġekil 4‘de
Ağ 4 sonlu elemanlar hesap ağı görülmektedir. Silindiri saran, V bölgesinde yapılan sıklaĢtırma
dıĢında ayrıca tabana doğru sıklaĢtırma uygulandığı ġekil 4‘de görülmektedir. ġekil 4‘de görülen
I, II ve III bölgelerinin her birinde 400 eleman kullanılmıĢtır. II bölgesinde ise sabit eleman
boyutları ve yapısı tercih edilirken, I ve III bölgeleri silindire doğru sıklaĢtırılmıĢtır. Benzer
Ģekilde, IV ve VI bölgelerinde de silindire doğru sıklaĢtırma uygulanmıĢ ve bu bölgelerde toplam
1600‘er eleman kullanılmıĢtır. Silindir etrafındaki V bölgesinde kullanılan üçgen elemanların
boyutları ise Ağ 1‘de 4mm, Ağ 2‘de 3mm, Ağ 3‘te 2mm ve Ağ 4‘de ise 1mm olarak seçilmiĢtir.
566
I
II
III
V
IV
VI
ġekil 4. Hesaplama ağı
Katı sınır yakınındaki akım hızlarının logaritmik duvar kanununa uygun Ģekilde değiĢtiği
varsayımı ile katı sınırlarda duvar kanunu (law of the wall) fonksiyonlarını sınır Ģartı olarak
vermek veya katı sınırlara doğru ağ yapısının yoğunluğunu artırmak türbülanslı akımların sayısal
modellenmesinde en çok tercih edilen yöntemlerdir. Birinci yöntemle yapılacak modellemede
daha az sayıda elemana ihtiyaç duyulması sebebiyle çözüm süresi kısalmaktadır. Ancak bazı
hesaplamalı akıĢkanlar dinamiği uygulamaları, duvar fonksiyonlarının sınır tabakası akımını
tanımlamada yetersiz kalabildiğini, katı sınıra doğru yapılacak sıklaĢtırma ile bulunacak en
uygun ağ yapısının, özellikle ayrılmıĢ akımları tanımlamadaki en iyi yöntem olduğunu
göstermektedir [Kalitzin ve diğ., 2005]. Liang ve Cheng (2005), katı sınır yakınındaki ağ
yapısının yeterli yoğunluğa sahip olması durumunda, k- türbülans modeli kullanılarak katı
sınırda ―sıfır hız (no-slip)‖ sınır Ģartı verilmesi ile elde edilen sayısal bulguların duvar
fonksiyonu sınır Ģartı ile elde edilenlere oranla gerçeğe daha yakın sonuç verdiğini
bildirmiĢlerdir. Akoz ve Diğ. (2008), deneysel ölçüm sonuçları ile sayısal model bulgularını
karĢılaĢtırdıkları çalıĢmalarında ―logaritmik duvar kanunu‖ sınır Ģartı kullanarak elde edilecek
sayısal verilerin geçerliliğinin tartıĢılır olduğunu bildirmiĢlerdir.
Bu çalıĢmada, viskozitenin baskın olduğu katı sınıra yakın bölgelerde elemanlar sıklaĢtırılarak
van Driest (1956)‘in geliĢtirdiği sönüm fonksiyonlu duvar kanunu sıfır hız (no slip) sınır Ģartıyla
birlikte kullanılmıĢtır. Viskoz alt tabakadaki akım hızı, katı sınırdan olan y uzaklığı ile orantılı
olarak u / u*  u* y /  Ģeklindedir; burada, u*  ( 0 /  )1 / 2 ; kayma hızı ve  0 , duvar kayma
gerilmesini ifade etmektedir. van Driest (1956) viskozitenin etkisi altındaki tabakada karıĢma
boyu olarak bilinen ―  =y‖ ifadesini modifiye ederek

 y  
  y 1  exp   
 A 

(6)
denklemini vermiĢtir. Denklem (6)‘da y+ (=u*y/) ifadesi boyutsuz yüksekliği temsil ederken
=0.4 ve A=26 değerlerini almaktadır.
Kırkgoz (1989), ve Kırkgoz ve Ardıclıoglu (1997) yaptıkları deneysel çalıĢmalar ile sınır
tabakası içerisinde, viskozitenin hâkimiyeti altındaki bölgenin sınırlarının, Reynolds sayısına
bağlı olarak y+=20 ile 40 arasında değiĢtiğini bildirmiĢlerdir. White (1991) yaptığı ölçümler ile
viskozitenin baskın olduğu bölgenin üst sınırını y+=30 olarak tespit etmiĢtir. Akoz ve diğ. (2008)
viskoz kuvvetlerin etkili olduğu bölgenin üst sınırını y+=30 olarak kabul etmiĢler ve sıfır hız sınır
Ģartını kullanarak sayısal bir model oluĢturmuĢlardır. Buna bağlı olarak, Akoz ve diğ. (2008), k-
ve k- türbülans modellerini kullandıkları çalıĢmalarında katı sınıra en yakın ağ elemanının
boyutlandırılmasında, y+<30 limit değerini göz önüne almıĢlardır.
567
Bu çalıĢmada, ġekil 4‘te verilen silindir etrafındaki V bölgesinde yapılan farklı sıklaĢtırmalar ile
elde edilen farklı y+ değerlerinin hesap bulgularına etkisi, deneysel verilerle karĢılaĢtırılarak
incelenmiĢtir. Yapılan hesaplamalarda, V bölgesinde 1mm‘den daha küçük eleman boyutu
seçilmesinin bulgular üzerinde iyileĢtirici bir etkisinin olmadığı, buna karĢın yapılan
sıklaĢtırmanın hesaplama süresini aĢırı Ģekilde artırdığı tespit edilmiĢtir.
4.BULGULAR
Tablo 1‘de, V bölgesinde uygulanan 4 farklı yoğunluktaki ağ tasarımı için, silindir yüzeyinde ve
silindir altındaki kanal tabanında oluĢan maksimum y+ değerleri verilmiĢtir. OluĢturulan sayısal
model ile her bir ağ için 5000 iterasyonun sayısal hesaplamalar için yeterli yakınsamayı sağladığı
belirlenmiĢtir. Tablo 1‘de 4GB ram‘e sahip çift çekirdekli bir bilgisayar kullanılarak her bir ağın
5000 iterasyonu ne kadar sürede gerçekleĢtirdiği bilgisi de yer almaktadır. Tablo 1‘de görüldüğü
gibi eleman boyutları küçüldükçe y+ değerleri azalmakta buna karĢın hesap süreleri artmaktadır.
Tablo 1. Farklı ağ yapıları için elde edilen y+ değerleri ve çözüm süreleri
Ağ No
V bölgesinde
eleman boyutu (mm)
1
2
3
4
4
3
2
1
y+ (u*y/ν)
Silindir
Kanal
yüzeyi
tabanı
40.1
46.2
37.7
34.5
26.8
26.0
11.22
10.3
Çözüm
süresi (s)
817
841
1286
4737
4.1.Akım Çizgileri
4.1.1.Deneysel akım çizgileri
ġekil 5 ve ġekil 6‘da baĢlıklı ve baĢlıksız silindir için elde edilen deneysel, zamansal-ortalama
akım çizgileri verilmiĢtir. ġekil 6‘da baĢlıksız silindir için verilen akım çizgileri aynı akım
Ģartlarında Öner ve Diğ.(2008)‘nin yaptıkları çalıĢmadan alınmıĢtır. ġekil 6‘da görüldüğü gibi
baĢlık yokken silindir membasında tabana birleĢik bir ayrılma bölgesi oluĢmazken, silindir
üzerine baĢlık yerleĢtirilmesi durumunda silindir membasında ince bir ayrılma bölgesi
oluĢmaktadır. Bu ayrılma bölgesinin varlığı sebebiyle baĢlıklı silindirin membasında oluĢan
durma noktasının tabandan uzaklaĢtığı, mansapta ise kuyruk geniĢliğinin arttığı ve akımın
tabandan yukarı doğru yönlendiği ġekil 5‘de görülmektedir.
ġekil 5. BaĢlıklı silindir etrafında deneysel akım çizgileri
568
ġekil 6. BaĢlıksız silindir etrafında deneysel akım çizgileri [Öner ve diğ., 2008]
4.1.2.Hesaplanan akım çizgileri
ġekil 7‘de düzenli akım durumunda G=10mm ve ReD=9500 için k- k-ve SST türbülans
modelleri kullanılarak elde edilen akım çizgileri verilmiĢtir. ġekil 7‘de görüldüğü gibi, baĢlıklı
silindirin membasında bir ayrılma bölgesi oluĢmaktadır. Ayrıca silindirin altından geçen akım,
mansapta tabandan yeniden ayrılarak geniĢ bir ayrılma bölgesi oluĢmasına sebep olmaktadır.
ġekil 7‘de Ağ 1 için k- ve SST türbülans modelleri ile elde edilen akım çizgilerinin birbirleri ile
benzer özellikler sergilediği, bu benzerliklerin Ağ2, Ağ3 ve Ağ4 için de geçerli olduğu tespit
edilmiĢtir. Bu sebeple karĢılaĢtırma yapabilmek için ġekil 8, ġekil 9 ve ġekil 10‘da sadece k- ve
SST türbülans modellerinin verilmesi yeterli görülmüĢtür. ġekil 7‘de Ağ 1 eleman yapısı
kullanılarak k- türbülans modeliyle hesaplanan kuyruk bölgesinin k- ve SST modelleri ile elde
edilenlere nazaran daha uzun ve ince olduğu, silindir membasında oluĢan ayrılma bölgesi
boyutlarının ise daha küçük kaldığı görülmektedir. Ayrıca silindir mansabında kanal tabanında
oluĢan sınır tabakası ayrılması baĢlangıcının k- modelinde, k- ve SST modellerine göre daha
mansapta oluĢtuğu tespit edilmiĢtir. ġekil 8, ġekil 9 ve ġekil 10 incelendiğinde benzer
özelliklerin Ağ 2, Ağ3 ve Ağ4 için de geçerli olduğu görülmektedir.
Hesaplamalarda, silindir etrafındaki ağ yoğunluğu arttıkça silindir üzerindeki sınır tabakası
ayrılma noktasının mansaba kaydığı ve kuyruk uzunluğunun arttığı belirlenmiĢtir. Ayrıca k- ve
SST türbülans modellerinin aksine, k- modeli ile yapılan hesaplamalarda silindir kuyruğundaki
üst vorteks merkezinin tam olarak oluĢmadığı ġekil 7, ġekil 8, ġekil 9 ve ġekil 10‘da
görülmektedir.
k-
k-
SST
ġekil 7. Ağ 1 ile hesaplanan akım çizgileri
569
k-
SST
k-
SST
k-
SST
Ağ yapılarında uygulanan sıklaĢtırmanın artmasıyla birlikte y+ değerlerinin azalmasına paralel
olarak, silindir mansabındaki sınır tabakası ayrılmasının daha mansapta oluĢtuğu ġekil 7, ġekil 8,
ġekil 9 ve ġekil 10‘da görülmektedir. Üç türbülans modeli ile sayısal olarak elde edilen, kanal
tabanında sınır tabakası ayrılmasının gerçekleĢtiği ilk noktanın silindire olan uzaklıkları Tablo
2‘de verilmiĢtir. Tablo 2‘de, k- ve SST türbülans modelleri ile elde edilen ayrılma noktalarının
yerinin k- modeli ile elde edilenlere oranla silindire daha yakın olduğu görülmektedir . Tablo 2
incelendiğinde, ağ yapısındaki sıklaĢtırmaya bağlı olarak sınır tabakası ayrılmasının mansaba
kayma eğilimi açıkça görülmektedir.
570
Tablo 2. Mansapta kanal sınır tabakası ayrılma noktasının silindir merkezine uzaklığı
Ağ 1
Ağ 2
Ağ 3
Ağ 4
k-
5.22D
5.90D
7.20D
8.40D
Türbülans Modeli
SST
k-
3.20D
3.48D
3.25D
3.56D
4.60D
4.70D
6.00D
6.10D
Bu çalıĢmada en iyi ağ yapısının belirlenmesi için Ağ 4‘den daha sık eleman boyutları da
denenmiĢtir. Örneğin V bölgesinde 0.5mm‘lik eleman boyutları seçilmesi durumunda hesap
süresi 16999s olurken, mansaptaki taban sınır tabakasının ayrılma noktasının silindir merkezine
olan uzaklığı k- modeli için 8.42D, k- ve SST türbülans modelleri için ise yaklaĢık 6.1D
olarak hesaplanmıĢtır. Daha sık ağ elemanları ile yapılan hesaplamaların çözüm süresini aĢırı
Ģekilde artırmasına karĢın hesaplanan akım alanlarında önemli farklılıklar oluĢmadığı
belirlenmiĢtir. Bu sebeple Ağ 4 ile elde edilen ağ yapısının yeterli yoğunluğa sahip olduğu ve
hesaplamaların ağ yapısından bağımsızlaĢtığı kanaatine varılmıĢtır.
ġekil 11‘de Ağ 4 eleman yapısı kullanılarak, baĢlıksız silindir için elde edilen akım çizgileri
verilmiĢtir. ġekil 11‘de aynı akım Ģartları için, baĢlıklı silindir membasında elde edilen ayrılma
bölgesinin oluĢmadığı, silindir mansabındaki sınır tabakası ayrılmasının da gerçekleĢmediği ve
silindir önündeki durma noktasının baĢlıklı silindire göre tabana daha yakın olduğu
görülmektedir. Ayrıca baĢlıklı silindir ile karĢılaĢtırıldığında silindir kuyruğundaki ayrılma
bölgesi boyutlarının çok daha küçük kaldığı tespit edilmiĢtir.
k-
SST
ġekil 11. Ağ 4 ile baĢlıksız silindir için hesaplanan akım çizgileri
5.SONUÇLAR
Düzenli akımda, açıklık oranı, G/D=0.2 ve Reynolds sayısı ReD=9500 olacak Ģekilde kanal içine
yatay olarak yerleĢtirilen baĢlıklı bir silindir etrafındaki iki boyutlu türbülanslı akım deneysel
olarak incelenmiĢtir. BaĢlıklı silindir için elde edilen deneysel veriler, aynı akım Ģartlarında
baĢlıksız silindir için verilen deneysel bulgularla karĢılaĢtırılmıĢtır. Ayrıca ANSYS11®-Flotran
hesaplamalı akıĢkanlar dinamiği paket programı kullanılarak baĢlıklı silindir etrafındaki hız alanı
sayısal olarak modellenmiĢtir. Modellemede en uygun ağ yapısının belirlenebilmesi amacıyla
silindir yakınındaki bölgede dört farklı yoğunluklu ağ yapısı denenmiĢtir. Her bir ağ yapısı için
571
k-, k- ve SST türbülans modelleri kullanılarak ağ yapısının ve türbülans modellerinin hız
alanına etkisi irdelenmiĢtir. Sayısal model bulguları PIV tekniği ile ölçülen deneysel verilerle
BaĢlıksız silindir membasında taban üzerinde bir ayrılma bölgesi oluĢmazken, baĢlıklı silindir
durumunda ince bir ayrılma bölgesi oluĢtuğu ve ayrılma bölgesinin varlığı sebebiyle baĢlıklı
silindirin membasındaki durma noktasının daha yukarıya kaydığı, baĢlıklı silindir mansabındaki
kuyruk bölgesinin daha uzun olduğu ve akımın tabandan yukarıya doğru yönlendiği
belirlenmiĢtir.
k- türbülans modeliyle hesaplanan kuyruk bölgesinin k- ve SST modelleri ile elde edilenlere
nazaran daha uzun ve ince olduğu, silindir membasında oluĢan ayrılma bölgesi boyutlarının ise
daha küçük kaldığı görülmektedir. Ayrıca silindir mansabında sınır tabakasının tabandan
ayrıldığı, oluĢan bu sınır tabakası ayrılması baĢlangıcının k- modelinde, k- ve SST modellerine
göre daha mansapta hesaplandığı tespit edilmiĢtir. Hesaplamalarda silindir etrafındaki ağ yapısı
sıklaĢtıkça silindir üzerindeki sınır tabakası ayrılma noktasının mansaba kaydığı ve kuyruk
uzunluğunun arttığı belirlenmiĢtir. Ancak ağ yapısında 1mm‘den daha küçük eleman
kullanılmasının sonucu etkileyici olmadığı belirlenmiĢtir. Ayrıca k- ve SST türbülans
modellerinin aksine, k- modeli ile yapılan hesaplamalarda silindir kuyruğundaki üst vorteks
merkezinin tam olarak oluĢmadığı tespit edilmiĢtir.
Bu çalıĢmadaki akım koĢulları için CFD modeli ve deneysel bulguların karĢılaĢtırılmasından, hız
alanının tanımlanması ve buna bağlı olarak silindir mansabındaki kuyruk bölgesinde oluĢan
vorteks çiftinin geometrik yapısı bakımından SST ve k- türbülans modellerinin k- modeline
göre daha iyi sonuçlar verdiği anlaĢılmıĢtır.
TeĢekkür
Bu çalıĢmayı 107M641 nolu proje ile destekleyen TÜBĠTAK‘a katkılarından dolayı teĢekkür
ederiz.
KAYNAKLAR
1.Abdel Dayem, A. M., Bayomi, N. N., ―Experimental and numerical flow visualization of a
single square cylinder‖. International Journal for Computational Methods in Engineering Science
and Mechanics, 7, 113–127, 2006.
2. Aköz, M., S., Öner A., A., Kırkgöz, M., S., ―Tabana yakın bir silindir etrafındaki akımın farklı
türbülans modelleri ile sayısal modellenmesi.‖ Ç.Ü. Müh. Mim. Fak. Dergisi, Cilt 22, 107-117,
2007.
3. Aköz, M. S., Kırkgöz, M. S., Öner, A. A., ―Experimental and theoretical analyses of 2D flows
upstream of broad-crested weirs.‖ Canadian Journal of Civil Engineering, 35, 975-986, 2008.
4. Cheng, L., Chew, L. W., ―Modeling of flow around a near bed pipeline with spoiler.‖ Ocean
Engineering, 30, 1595-1611, 2003.
5. Chiew, Y. M., ―Effect of spoilers on scour at submarine pipelines.‖ J. Hydraul. Eng. ASCE
118 (9), 1311-1317, 1992.
6. Hulsbergen C. H., Bijker, R., ―Effect of spoilers on submarine pipeline stability.‖ OTC 4467,
171-178, 1989.
572
7. Kalitzin, G., Medic G., Iaccarino, G., Durbin, P., ―Near-Wall behavior of RANS turbulence
models and implications for wall functions.‖ Journal of Computational Physics, 204, 265-291,
2005.
8. Kirkgoz, M. S., ―Turbulent Velocity profiles for smooth and rough open channel flow.‖
Journal of Hydraulic Engineering, 115(11), 1543-1561, 1989.
9. Kirkgoz, M. S., Ardiclioglu, M., ―Velocity profiles of developing and developed open channel
flow.‖ Journal of Hydraulic Engineering, 123(12), 1099-1105, 1997.
10. Kırkgöz, M., S., Öner, A., A., ―Yatay bir dairesel silindir etrafındaki akımda hız alanının
deneysel ve teorik incelenmesi.‖ Müh. Mim. Fak. Dergisi, Cilt 21, 85-98, 2006.
11. Launder, B. E., Spalding, D. B., The numerical computation of turbulent flows. Computer
Methods in Applied Mechanics and Engineering, 3, 269-289, 1974.
12. Lei, C., Cheng, L., Kavanagh, K., ―Re-examination of the effect of a plane boundary on force
and vortex shedding of a circular cylinder.‖ Journal of Wind Engineering and Industrial
Aerodynamics, 80, 263-286, 1999.
13. Menter, F. R., Two-equation eddy-viscosity turbulence models for engineering applications.
AIAA Journal, 32(8), 1598-1605, 1994.
14. Öner A. A., Dairesel Kesitli Yatay Elemanlar Etrafındaki Akımın Deneysel Ġncelenmesi.
Doktora Tezi, Çukurova Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, 2007.
15. Öner, A., A., Kırkgöz, M., S., ―Düzenli akımda tabana yakın yatay silindir yüzeyinde ve
tabanda kayma gerilmesi dağılımlarının deneysel incelenmesi.‖ Ç.Ü. Müh. Mim. Fak. Dergisi,
Cilt 22, 93-105, 2007.
16. Öner, A., A., Kırkgöz, M., S., Aköz, M., S., ―Interaction of a current with a circular cylinder
near a rigid bed.‖ Ocean Engineering, 35, 1492-1504, 2008.
17. Price, S. J., Sumner, D., Smith, J. G., Leong, K., Paidoussis, M. P., ―Flow visualization
around a circular cylinder near to a plane wall.‖ Journal of Fluids and Structures, 16, 175-191,
2002.
18. ġahin, B., Akıllı, H., Öztürk, N. A., KarakuĢ, C., Kahraman, A., Akar, A., Yanıktepe, B.,
Özalp, C., Gürlek, C., ―AkıĢkanlar mekaniği uygulamalarında parçacık görüntülemeli hız ölçme
tekniği (PIV)‖. Ç.Ü. Müh.-Mim. Fak. Dergisi, 18, 103-11, 2003.
19. Van Driest, E. R., ―On turbulent flow near a wall.‖ Journal of the Aeronautical Sciences
23(11), 1007-1011, 1956.
20. White, F. M., Viscous Fluid Flow. McGraw-Hill, Singapore, 1991.
21. Wilcox, D. C., Turbulence Modeling for CFD. DCW Industries Inc., California, 2000.
22. Zdravkovich, M. M., ―Forces on a circular cylinder near a plane wall.‖ Applied Ocean
Research, 7, 197-201, 1985.
23. Wilcox, D. C., Reassessment of the scale-determining equation for advanced turbulence
models. American Institute of Aeronautics and Astronautics Journal, 26(11), 1299-1310, 1988.
573
YEREL DEĞĠġEN MĠKROTOPOĞRAFYA, PÜRÜZLÜLÜK VE
SIZMANIN TABAKA AKIMI KĠRLETĠCĠ TAġINIMINA ETKĠSĠ
Gökmen TAYFUR
ĠnĢaat Müh. Böl., Ġzmir Yüksek Tekn. Enst., Urla, ĠZMĠR
[email protected]
Zhiguo HE
Dept. Ocean Science and Engrg. Zhejiang University, Hangzhou 310058, CHĠNA
[email protected]
ÖZET
Tabaka akımı ile kirletici taĢınımına değiĢken mikrotopğrafya, pürüzlülük, ve sızmanın etkisi
incelendi. TaĢınım denklemi ve difüzyon dalga yaklaĢımı kullanılarak sistem iki boyutta sonlu
hacimler metodu ile çözüldü. GeliĢtirlen model deney sonuçları ile test edildi. Bir çok sayısal
simülasyonlar değiĢik senaryolar altında gerçekleĢtirildi. Sayısal simülasyonlar özellikle yerel
değiĢken mikrotopoğrafyanın ve pürüzlülüğün kirletici konsantrasyon dağılımına etki eden
önemli faktörler olduğunu ortaya koydu. DeğiĢken miktotopoğrafya düzgün yüzey olarak kabul
edilerek taĢınım simülasyonu yapıldığında, fazla oranda kirlilik taĢınım tahmini söz konusu
olacaktır. Bu durum değiĢken pürüzlülük yerine ortalama pürüzlülük katsayısı ve değiĢken sızma
yerine ortalama sızma oranları ile yapıldığında fazlaca belirgin değildir. Ancak,
konsantrasyonların yerel değiĢimi açısından, her bir etken önemli rol ynamaktadır.
Anahtar Kelimeler: Difüzyon dalga, sızma, mikrotopoğrafya, pürüzlülük, kirletici, modelleme,
tabaka akım.
THE EFFECTS OF VARYING MICROTOPOGRAPHY, ROUGHNESS, AND
INFILTRATION ON THE POLLUTANT TRANSPORT IN OVERLAND FLOWS
ABSTRACT
Pollutant transport in overland flow over surfaces with spatially variable microtopography,
roughness, and infiltration was investigated. The diffusion wave equation and transport ratebased equation were numerically solved using the finite volume method. The developed model
was tested against experimental data. Several numerical simulations under different scenarios
were performed. The simulation results showed that microtopography and roughness were the
dominant factors causing significant spatial variations in solute concentration. Replacing
spatially varying microtopography with a smooth surface, results in an overestimation of
pollutant rate. This is not very distinct in the case of working with average roughness and
average infiltration instead of locally varying ones. However, all of the factors have important
impact on the local variation and distribution of pollutant concentrations.
575
Keywords: Hydrograph, prediction, gentic algirithm, rating curve method.
1.GĠRĠġ
Nehir, göl, hazneler ve yeraltı su kirliliğinin ana kaynaklarından biri tabaka akımlar ile taĢınmıĢ
olan kirleticilerdir. Bu kirleticiler genelde zirai kimyasal ve ilaçlardan kaynaklanmaktadır (Deng
ve ark, 2005). Topraktan tabaka akıma (yağıĢ-akıĢ sonucu oluĢan akımlar) karıĢan ve bu akım
ile taĢınan kirlilik deneysel ve sayısal olarak araĢtırımıĢtır (Peyton ve Sanders, 1990; Wallach ve
Shabtai, 1993; Garcia-Navarro ve Playan, 2000; Yan ve Kahawita, 2000; Abbasi ve ark., 2003;
Deng ve ark., 2005; He ve ark., 2009). Birçok çalıĢma deneyleri ve sayısal modellemeyi bir
boyutta yapmıĢtır (Govindaraju, 1996; Yan ve Kahawita, 2000; Walton ve ark., 2000; Wallach
ve ark., 2001; Abbasi ve ark. 2003). Yan ve Kahawita (2007) kirlilik taĢınımını iki boyutta
yapmıĢ ve deney verileri ile test etmiĢtir. Bütün bu sayısal modellemelerde, gerçek topoğrafyalar
düzgün yüzeyler ile temsil edilmiĢtir. Ayrıca, pürüzlülük ve sızmayı etkileyen parametrelerin
değiĢmediği kabul edilmiĢtir (Wallach ve van Genuchten, 1990; Deng ve ark 2005).
Doğada ise homojen ortamlara rastlamak çok enderdir. Yerel mikrotopoğrafya değiĢmekte,
zemin örtüsü ve dolayısı ile pürüzlülük değiĢmekte, zemin özellikleri yerel olarak değiĢtiği için
sızma parametre değerleride değiĢmektedir. Bu etkenlerin kirlilik taĢınımı olayı dinamiğini
etkilediği düĢünülmektedir. Bu sebeple, söz konusu dinamik iki boyutta ve kararsız bir durum
için modellenmiĢtir. Model yerel olarak değiĢen parametrelerin kirlilik konsantrasyonu ve
miktarına olan etkisini göz önüne alabilmektedir.
3.SAYISAL MODEL
3.1.Ġki Boyutlu Tabaka Akım Modeli
Ġki boyutta kararsız difüzyon dalga yaklaĢımına dayalı tabaka akım denklemleri aĢağıda ifade
edilmiĢtir (Govindaraju, 1996):
h uh  vh


 RI
t
x
y
u
v
h2/3
n x2 1 / 2
h2/3
n y2 1 / 2
(1)
S fx
(2a)
S fy
(2b)
  S 2fx / n x4  S 2fy / n y4 
1/ 2
(2c)
h akım derinliği; R yağıĢ oranı; I sızma oranı; u ve v x- ve y- yönündeki akım hızlarıdır. S fx ve
S fy x- ve y-yönündeki enerji çizgisi eğimleridir.
n x ve n y x- ve y-yönündeki Manning
pürüzlülük katsayılarıdır. BaĢlangıc Ģartı olarak toprakta belli bir konsantrasyonun olduğu, ayrıca
oldukça az bir akım derinliği (1×10-6 mm) olduğu kabul edilmiĢtir. Yukarı (mansap) sınır Ģartı
olarak akım ve kirlilik girdisi olmadığı kabul edilmiĢtir. AĢağı sınır Ģartı olrakda akım
gradyasyonunun ve kirlilik konsantrasyonu gradyasyonunun sıfır olduğu kullanılmıĢtır.
576
3.2.Ġki Boyutlu Kirletici TaĢınım Modeli
Kirletici taĢınım denkleminin iki boyuttaki ifadesi aĢağıdaki Ģekilde ifade edililebilir
(Govindaraju 1996). Tabaka akımlarda difüzyon terimi genelde diğer terimler yanında ihmal
edilir (Wallach et al. 2001).
ch  cuh  cvh


 RDm c s  c   J c  qco
t
x
y
(3)
c tabaka akımdaki kirletici konsantrasyonu; cs aktif tabakadaki kirletici konsantrasyonu; R aktif
tabaka ile altındaki tabaka arasındaki kirletici değiĢim oranı; Jc kirletici akısı (flux), Dm aktif
tabaka kalınlığı ( Dm  h boyutsuz bir katsayı ve h tabaka akım derinliğidir) ve qco kaynak ve
yitik terimleri. Aktif tabaka zeminin en üst tabakasıdır. Bu tabaka üzerine yağıĢ geldiği zaman,
bu tabakadaki kirleticiler tabaka akıma geçerler. Tabaka akım (su kolonu) ile aktif tabaka (zemin
kolonu) arasındaki kirletici değiĢim oranı bu iki tabakadaki konsantrasyonların farkı ile
orantılıdır.
Bu çalıĢmada, kirletici konsantrasyonu yerine, kirletici oranı değiĢken olarak kullanılmıĢtır.
YağıĢ sırasında kirletici taĢınımı için bu değiĢkeni kullanmayı Deng ve ark (2005) önermiĢtir.
Bunun için, Denklem (3) de c yerine cQ f / Q f  C / Q f ve cs yerine cs Q f / Q f  Cs / Q f
kullanılıp, ve Ch / Q f
terimini, kısmi türev alarak, Ch ve
1 / Q f olarak yazıp ve de
denklemin her iki tarafını Qf ile çarparsak aĢağıdaki taĢınım oranınana dayalı denklemi elde
ederiz.
Ch  Cuh  Cvh


 EhC s  C   ChQ f  J c  qco
t
x
y
(4)
C tabaka akımdaki kirletici taĢınım oranı, Cs zeminden tabaka akıma geçen kirletici oranı,
 Q f 1
Q f 1
Q f 1 

.
u
v
E  R , ve Q f  Q f
 t


x

y


Kararlı yağıĢ durumunda Denklem (4) deki Q f sıfıra yaklaĢır. Deng ve ark. (2005) na göre;
Cs  C0 exp( t )
(5)
C ( x,0)  0 ve C s ( x,0)  C0 ( x) baĢlangıç koĢulları olarak ifade edilir. Memba (yukarı) sınır Ģartı
C L, t 
olarak C (0, t )  0 ve
 0 mansap (aĢağı) sınır Ģartı olarak kullanılmıĢtır.
x
3.3.Sayısal Metod
Denklemler (1) ve (4) aĢağıdaki formda yazılabilir:
 

 u   v   S c
t x
y
(6)
577
 akım denklemi için h ve taĢınım denklemi için Ch gösterir ve S c bütün kaynak terimlerinin
içerir. Akım ve taĢınım denklemlerinin sayısal çözümünde sonlu hacimler metodu kullanılmıĢtır.
Ġki boyutta dikdörtgen bir control hacim için sonlu hacim metodu ana denklemler için aĢağıdaki
Ģekilde yazılabilir:
 ti ,j1   ti , j
t




  u i 1 / 2, j  u i 1 / 2, j / xi , j  v i , j 1 / 2  v i , j 1 / 2 / yi , j  S c
t 1
t 1
t 1
t 1
(7)
Lineer olmayan denklemlerin çözümü için Pichard iterativ metodu uygulandı. Bu ana
denklemlerin sonlu hacimler metodu ile çözümlerinin detayları He ve ark (2009)‘dan elde
edilebilir.
4.UYGULAMA
DeğiĢen mikrotopoğrafya, pürüzlülük, ve sızmanın etkilerini inceleyebilmek için, öncelikle
hipotetik 3 m x 3 m bir alan üzerinde ortalama değeri %10 ve standart sapması %2.9 olan yerel
eğimler %5—%15 arasında üretildi. Benzer Ģekilde, aynı alan üzerinde, ortalama değeri 0.025 ve
standart sapması 0.0089 olan pürüzlülük değerleri 0.012—0.033 arasında üretildi. Ortalama
değeri 47.6 mm/sa ve standart sapması 21.33 mm/sa olan sabit sızma değerleri 10—85 mm/sa
arasında üretildi.
ġekil 1 değiĢken mikrotopoğrafyalı yüzeydeki konsatrasyon dağılımını göstermektedir.
Görüleceği üzere yerel değiĢken eğimlere bağlı olarak konsatrasyon yüzeyde düzensiz bir
değiĢkenlik göstermektedir. ġekil 2 sabit eğimli (%10) bir yüzey ile değiĢken mikrotopoğrafyalı
yüzeyden taĢınan kirletici oranlarını vermektedir. Görüleceği üzere, eğer değiĢken yüzey sabit
eğimli yüzey olarak idalize edilirse, kirletici taĢınım oranlarını sayısal model yaklaĢık %9
oranında fazla tahmin etmektedir. ġekil 2 den görüleceği üzere, aynı ortalama ve standad sapma
ile, üç set değiĢken mikrotopoğrafyalı yüzey oluĢturlmuĢtur. Her bir yüzeyden gelen taĢınım
oranları arasında fark görülmemektedir.
ġekil 1. DeğiĢken mikrotopoğrafya altında konsantrasyon profile.
578
Solute transport rate (g/s)
20.0
Constant slope
Variable slope 1
Variable slope 2
Variable slope 3
15.0
10.0
5.0
0.0
0
100
200
300
Time (s)
400
500
ġekil 2. Sabit eğimli bir yüzey ve değiĢken mikrotopoğrafyalı yüzeylerden taĢınan kirletici
taĢınım oranlarının sayısal model ile benzetimi
ġekil 3 değiĢken pürüzlülük altında konsantrasyon dağılımını göstermektedir. Görüleceği üzere,
değiĢken eğimli yüzey kadar olmasa, konsatrasyon düzensiz bir dağılım sergilemektedir. ġekil
4‘dan görüleceği üzere, değiĢken pürüzlü yüzeyi sabit ortalama bir değerle temsil etmek taĢınım
oranını etkilememektedir.
ġekil 3. DeğiĢken pürüzlü yüzeyde konsantrasyon değiĢimi
579
20.0
Constant roughness
Variable roughness 1
15.0
10.0
5.0
0.0
0
100
200
300
Time (s)
400
500
ġekil 4. DeğiĢken ve sabit pürüzlü yüzeylerden taĢınan kirletici oranlarının benzetimi.
ġekil 5 değiĢken sızma altında konsantrasyon dağılımını göstermektedir. Görüleceği üzere,
değiĢken mikrotopoğrafya kadar olmasa da, konsantrasyon düzensiz bir dağılım sergilemektedir.
ġekil 6‘dan görüleceği üzere, değiĢken sızma ile sabit ortalama sızma kirlilik taĢınım miktarı
bakımından farklılık göstermemektedir.
ġekil 5. DeğiĢken sızma altında konsantrasyon değiĢimi
580
20.0
Constant Infiltration
Variable Infiltration 1
15.0
10.0
5.0
0.0
0
100
200
300
Time (s)
400
500
ġekil 6. Sabit ve değiĢken sızma altında yüzeyden taĢınan kirlilik.
5.SONUÇ
Bu çalıĢmada yağıĢ ile oluĢan tabaka akımlar ile zirai alanlardan taĢınan kirleticlerin zamana
bağlı olarak iki boyutta modellemesi gerçekleĢtirilmiĢitir. Model akım ve kirletici taĢınım ana
denklemlerini sonlu hacimler metodu ile çözmüĢtür. DeğiĢen miktoropoğrafya altında
konsatrasyon oldukça düzensiz bir dağılım göstermektedir. Bu düzensiz dağılımı, aynı derecede
olmasada, değiĢen pürüzlülük ve sızma oranları altında da görmek mümkündür. DeğiĢk
mikrotopoğrafya, düzgün bir yüzey ile temsil edildiğinde, model yüzeyden taĢınan kirletici
miktarını yaklaĢık %10 fazla tahmin etmektedir. Model sonuçlarına gore, kirletici taĢınım
oranlarına gore, değiĢken pürüzlü bir yüzey, ortalama pürüzlü yüzey ile ve de değiĢken sızmalı
bir yüzey ortalama bir sızma ile temsil edilebilirler. Ancak, değiĢken mikrotopoğrafyalı yüzey
ortalama eğime sabit bir yüzey ile temsil edilmemelidir.
KAYNAKLAR
1. Abbott, M.B. and Refsgaard, J.C. (1996). Distributed hydrological modeling. Kluwer
Acedemic Publisher, Dordrecht, The Netherland.
2. Deng, Z-Q., Lima, J.L.M.P. and Singh, V.P. (2005). ―Transport rate-based model for
overland flow and solute transport: Parameter estimation and process simulation.‖ Journal of
Hydrology 315, 220–235.
3. Garcia-Navarro, P. and Playan, E. (2000). ―Solute transport modeling in overland flow applied
to fertigation.‖ J. Irrigation and Drainage, 126(1), 33-40.
4. Govindaraju, R. S. (1996). ―Modeling overland flow contamination by chemicals mixed in
shallow soil horizons under variable source area hydrology.‖ Water Resour. Res., 32(3), 753–
758.
5. He, Z., Wu, W., and Wang, S.S.Y. (2009). ―An integrated 2D surface and 3D subsurface
contaminant transport model considering soil erosion and sorption.‖ Journal of Hydraulic
Engineering, 135(12), 1028-1040.
6. Payten, R.L. and Sanders, G. (1990). ―Mixing in overland flow during rainfall.‖ J.
Environmental Engineering, ASCE, 116(4), 764-784.
581
7. Wallach, R. and van Genuchten, M.T. (1990). ―A physically based model for predicting solute
transfer from soil to rainfall-induced runoff.‖ Water Resources Research, 26(9), 2119-2126.
8. Wallach, R. and Shabtai, R. (1993). ―Surface runoff contamination by chemicals initially
incorporated below the soil surface.‖ Water Resources Research, 29(3), 697-704.
9. Wallach, R., Grigorin, G. and Rivlin, J. (2001). ―A comprehensive mathematical model for
transport of soil-dissolved chemicals by overland flows.‖ J. Hydrol., 247, 85–99.
10. Walton, R.S., Volker, R.E., Bristow, K.L. and Smettem, K.R.J. (2000). ―Experimental
examination of solute transport by surface runoff from low-angle slopes.‖ J. Hydrology, 233, 1936.
11. Yan, M. and Kahawita, R. (2000). ―Modeling the fate of pollutant in overland flow.‖ Water
Research, 34(13), 3335-3344.
12. Yan, M. and Kahawita, R. (2007). ―Simulating the evolution of non-point source pollutants
in a shallow water environment.‖ Chemosphere, 67, 879–885.
582
HALĠÇ’TE SU AKIMLARININ MATEMATĠK MODELLEMESĠ
Tarkan ERDĠK
Ġstanbul Teknik Üniversitesi, ĠSTANBUL
[email protected]
[email protected]
Mehmet ÖZGER
[email protected]
Ali UYUMAZ
[email protected]
ÖZET
Haliç gerek geometrik gerekse de fiziksel özellikleri itibari ile modellenmesi en zor su
girintilerinden bir tanesidir. Doğal bir olayı doğru temsil edebilmek için olaya etki eden fiziksel
parametrelerin çok iyi bir Ģekilde belirlenmesi gerekmektedir. Bu türden modellemeler için
genelde hidrodinamik modeller iyi sonuç vermektedir. Haliç‘in fiziksel karakteri karmaĢık ve
çok değiĢkenli bir özellik göstermektedir. Bu çalıĢmada, Haliç‘ in hidrodinamik modellemesini
kurmak için, hidrolojik, meteorolojik, oĢinografik ve hidrolik etkiler bir arada düĢünülmüĢtür.
Hidrodinamik model Haliç‘in kuzey uç noktası ile Haliç köprüsü arasında kalan kısmı
kapsamaktadır. KıĢın özellikle Güney-Batı ve Güney-Doğu yönlü esen rüzgârların hâkim olduğu
dönemlerde Alibeyköy Barajı‘ndan su bırakılmasının, ya da ĠSKĠ Boğaz suyu projesiyle 3 m 3/s
su verilmesinin Haliç‘teki akımlar açısından son derece faydalı olacağı tespit edilmiĢtir.
Anahtar Kelimeler: Haliç, hidrodinamik model, hidroloji.
MATHEMATICAL MODELING OF FLOWS IN GOLDEN HORN
ABSTRACT
Golden Horn is a natural estuary that can be modeled not easily because of its physical and
geometric conditions. To represent a natural phenomenon, it is required to determine physical
parameters influencing the event, properly. A hydrodynamic model suits well to such kind of
model application. The physical character of Golden Horn exhibits complex and multivariable
behavior. In this study, we consider the hydrologic, meteorological, oceanographic, and
hydraulic factors all together, to establish a hydrodynamic model of the Golden Horn system.
583
The hydrodynamic model covers the area from most North of the estuary to the Halic bridge. It
is found that, the flows in Golden Horn benefit from the Alibeyköy Dam water releases and ĠSKĠ
Bosphorus water project which is 3 m3/s during the season that winds blowing South-West and
South-East direction are dominated.
Keywords: Golden Horn, hydrodynamic model, hydrology.
1.GĠRĠġ
Doğayı doğru temsil eden bir hidrodinamik model için olayı etkiyen fiziksel parametrelerin çok
iyi belirlenmesi gerekmektedir. Haliç‘in fiziksel karakterini, kompleks ve çok değiĢkenlik
gösteren hidrolojik, meteorolojik, oĢinografik ve hidrolik etkiler bir arada belirler. Bu konu ile
ilgili geçmiĢte birçok önemli çalıĢma yapılmıĢtır (DAMOC, 1971; Doğrusal ve Güçlüer, 1977;
USDA, 1986, Saydam ve diğ., 1988; Ergin ve diğ., 1990; Saydam ve Salihoğlu, 1991; IMC,
1997, Alpar ve diğ., 2003, Dingman, 2008). GerçekleĢtirilen bu araĢtırmada; geçmiĢ çalıĢmalar
incelenerek, Haliç‘in su akım modelinin girdileri belirlenmeye çalıĢılmıĢtır.
Okyanus, akarsu, haliç ve göllerdeki su hareketleri, karıĢım ve taĢınım süreçlerini ifade eden
momentum ve süreklilik denklemlerinin nümerik çözümüyle elde edilebilmektedir. Haliç‘in
batimetrisinden dolayı derinlik boyunca ortalaması alınmıĢ 2 boyutlu (2D) denklemlerin
kullanılmasının uygun olduğunu belirlenmiĢtir.
Sığ sular için geliĢtirilen 2 boyutlu (2D) modeller literatürde yaygın olarak kullanılmaktadır
(Leendertse, 1978; Falconer, 1980; Spaulding ve Beauchamp, 1983; Froehlich, 1989). AraĢtırma
grubumuz, Haliç‘in 2D sirkülasyonu için yakın bir zamanda geliĢtirilen ve Amerikan Ordu
Mühendisleri tarafından kabul gören Froehlich‘in (1989) modelini kullanmıĢtır. Bu modele göre;
derinlik boyunca entegre edilmiĢ ortalama akım hızları kullanılmaktadır.
Bu çalıĢmada, Haliç‘in hidrodinamik modelinin kurulması ve Haliç‘teki akım hızlarının
belirlenmesi amaçlanmıĢtır.
2.MATEMATĠKSEL MODELLEME
Haliç‘teki su hareketlerinin çeĢitli senaryolar altındaki momentum ve süreklilik denklemleri
nümerik yöntemler kullanılarak çözümlenmiĢtir. Kullanılan nümerik yöntem ile ilgili ayrıntılı
bilgi için Froehlich‘in (1989) çalıĢmasına baĢvurulabilir. Bu çalıĢmada, olayın değiĢimi 2boyutta meydana geldiği için 2-D sirkülasyon modeli kullanılmıĢtır. Modellemede kesitsel
ortalama hızlar kullanılmıĢtır. ġekil 1‘ e göre derinlik boyunca entegre edilmiĢ akım hızları
denklem 1‘de sunulmuĢtur.
z
y
x
Referans noktası
ġekil 1. Hız profilinin derinlikle değiĢimi.
584
z
U
1 s
udz
H zb
z
V
1 s
vdz
H zb
(1)
Burada;
U=x doğrultusundaki ortalama akım hızı (m/s)
V=y doğrultusundaki ortalama akım hızı (m/s)
H=su derinliği (m)
z b =yatak ile referans noktası arasındaki düşey mesafe (m)
z s =su yüksekliği ve yatak arasındaki düĢey mesafe (m)
u= x doğrultusundaki noktasal yatay hız (m/s)
v=y doğrultusundaki noktasal yatay hız (m/s)
Süreklilik denklemi ise denklem 2‘de sunulmuĢtur.
zw q1 q2


 qm
t
x y
(2)
Burada;
q1 =uH (x doğrultusundaki birim geniĢlik debisi, m3/(s.m))
q2 =vH (y doğrultusundaki birim geniĢlik debisi, m3/(s.m))
3
2
q m = birim alandan geçen toplam debi (m /s.m )‘dir.
x ve y yönlerindeki momentum denklemleri ise sırasıyla denklem 3 ve 4‘de verilmiĢtir.
   qq 
z H pa
q1   q12 1
 
 gH 2     1 2   gH b 
 q2
t x  H 2
x  x
 y  H 
7.3

z H pa
q2   q1q2    q12 1
 
 gH 2   gH b 
 q2
  
t x  H  y  H 2
y  y

7.4
(3)
  H xx    H xy  
1
  bx   sx 

0

x
y 


  H yx    H yy  
1
  by   sy 

0

x
y 


Burada;
β= izotropik momentumdüzeltme katsayısı
g= yerçekimi ivmesi
ρ= suyun özgül kütlesi
pa= su yüzeyindeki atmosfer basıncı
Ω= Coriolis parametresi
585
(4)
τ bx = x doğrultusunda etki eden yatak kayma gerilmesi
τ by = y doğrultusunda etki eden yatak kayma gerilmesi
τsx = x doğrultusunda etki eden yüzey kayma gerilmesi
τ sy = y doğrultusunda etki eden yüzey kayma gerilmesi
τ xx ,τ xy ,τ yy ,τ yx = türbülansdan kaynaklanan kayma gerilmeleridir.
Haliç sirkülasyon modellerinin akım ağı Kuzeyde Küçükköy ve Kâğıthane havzaları giriĢinden,
Güneyde Haliç Köprüsü‘ne kadarki alanı kapsamaktadır (ġekil 2). Akım ağları mümkün
olduğunca sık döĢenerek nümerik hata azaltılmaya çalıĢılmıĢtır. Haliç adaları civarında akım ağı
ġekil 3‘ de görüldüğü üzere daha sık seçilerek hassasiyet arttırılmıĢtır. Modellemede üç farklı
sınır Ģartı kullanılmıĢtır. Bunlar sırasıyla:
1-Küçükköy ve Kâğıthane havzalarından gelen aylık su hacimleri
2-Rüzgâr yönü ve Ģiddeti
3-Nümerik model çıkıĢındaki su seviyesi değeri
GerçekleĢtirilen bütün nümerik modellerde (rüzgâr akıntı modelleri hariç) rüzgâr yönü ve Ģiddeti
ihmal edilmiĢ, modeller sadece Küçükköy ve Kâğıthane havzasından girilen su debileri
değiĢtirilerek kurulmuĢtur. Model çıkıĢındaki su seviyesi ise yapılan incelemeler neticesinde
+0.30 m alınmıĢtır.
Kâğıthane
Küçükköy
Haliç adaları
Sütlüce
Feshane
Haliç köprüsü
ġekil 2. Model bölgesine kadar batimetri ölçümleri (siyah ile gösterilen nokta kümeleri ölçülmüĢ
batimetri değerlerini göstermektedir).
586
2.1.Aylık Akımlar
Alibey Deresi‘nin su toplama alanı 192.4 km2, Kağıthane‘nin 181.6 km2‗dir. Barajdan sonra
Alibey Deresi‘nde kalan alan 17 km2‘ dir. Kağıthane Deresi Cendere Akım Ġstasyonu su toplama
alanı 161.3 km2 olarak belirlenmiĢtir. Alibey Barajı su toplama alanı 160 km2 Alibeyköy ile
Küçükköy havza alanları toplamı 32.4 km2 alınarak hesaplar yapılmıĢtır.
Haliç sirkülasyon modelinin doğayı en gerçekçi temsil etmesi, bölge üzerindeki havzaların doğru
bir Ģekilde modellenmesini gerektirmektedir. Bu havzalardan gelen sular, Haliç sirkülasyon
modeli için girdi oluĢturacaktır. AraĢtırma grubumuz tarafından yapılan incelemelerde, Haliç‘e
akan iki ayrı kolun, iki ayrı havzadan geldiği görülmüĢtür. ġekil 4‘de Küçükköy ve Kağıthane
Dereleri‘nin havzaları dijital ortamda gösterilmiĢtir. Kâğıthane ve Küçükköy derelerinin arazi
kullanım durumları da incelenmiĢtir (ġekil 5).
ġekil 3. Haliç akım modeli için oluĢturulan hesap ağı.
Haliç‘e akan sağ ve sol kollardaki su miktarlarını belirlemek için ölçüm değerlerine ihtiyaç
duyulmuĢtur. Fakat elde edilen verilerin yetersiz ve güvenilir olmamasından ötürü bazı
modelleme teknikleri kullanılarak bu eksiklik giderilmeye çalıĢılmıĢtır. Öncelikle, Kâğıthane
Deresi‘nden Haliç‘e akan aylık akım değerleri için DSI tarafından gerçekleĢtirilen 1976 yılındaki
ölçüm verileri alınmıĢtır. Normal Ģartlar altında, Alibeyköy Barajı sebebiyle Haliç‘e su akıĢı
olmadığından bu kol ihmal edilmiĢtir. Küçükköy Deresi‘nden gelen aylık akım miktarları,
587
Küçükköy havzası ile Kâğıthane havzası arasında benzeĢim kurularak ve 1976 yılı DSI akım
ölçümlerinden yararlanılarak belirlenmiĢtir. Hesaplamalar neticesinde Küçükköy ve Kâğıthane
derelerinden Haliç‘e akan aylık su miktarları Tablo 1‘de sunulmuĢtur.
Alibeyköy Deresi
(ihmal edilmiĢtir)
Küçükköy
deresi
Kâğıthane
deresi
ġekil 4. Kâğıthane ve Küçükköy havzaları Dijital Seviye Eğrileri.
ġekil 5. Kâğıthane ve Küçükköy havzalarının arazi kullanım durumları (gri alanlar ĢehirleĢmiĢ
bölgeleri, yeĢil alanlar ise orman, çalı, ağaçlık gibi alanları göstermektedir).
Tablo 1. Kâğıthane ve Küçükköy derelerinden Haliç‘e akan aylık su miktarları (m3/s).
Havza
Ekim Kasım Aralık Ocak ġubat Mart Nisan Mayıs Haziran Temmuz Ağustos Eylül
Kağıthane* 0.713 1.012 1.817 0.868 0.974 0.857 0.355 0.187 0.107
0.05
0.155 0.421
Kağıthane 0.803 1.140 2.046 0.977 1.097 0.965 0.400 0.211 0.120
Küçükköy 0.161 0.228 0.409 0.195 0.219 0.193 0.080 0.042 0.024
0.056
0.011
0.175 0.474
0.035 0.095
*Kağıthane Cendere Ġstasyonu‘nda ölçülen akım değerleri
588
2.2.Kurak Aylar Ġçin Akım Modeli
Tablo 1‘de hesaplanan Kâğıthane ve Küçükköy aylık debi değerleri neticesinde Haliç bölgesi
için kurak aylar, Nisan, Mayıs, Haziran, Temmuz, Ağustos ve Eylül olarak belirlenmiĢ ve bu
aylardaki debi değerlerine göre Haliç‘te sirkülasyon modelleri kurulmuĢtur. Bu aylardan en
kritik olan Haziran, Temmuz ve Ağustos aylarının sirkülasyon modelleri çalıĢtırılmıĢ ve
Temmuz ayı sonucu ġekil 6‘da verilmiĢtir.
Temmuz ayındaki sirkülasyon dağılımı
Ölü bölgeler
ġekil 6. Temmuz ayı için sirkülasyon dağılımı.
Yapılan modellemelerden anlaĢıldığına göre Haziran, Ağustos ve en çok da Temmuz ayında
Haliç bölgesinde sirkülasyonlar azalıp, yoğun ölü bölgeler meydana gelmektedir. Bu hususun;
Haliç bölgesinde kirlilik ve koku problemi meydana getirmesi mevcut durum itibariyle
kaçınılmazdır.
2.3.Sulak Aylar Ġçin Akım Modeli
Tablo 1‘de hesaplanan Kâğıthane ve Küçükköy aylık debi değerleri neticesinde Haliç bölgesi
için sulak aylar Ekim, Kasım, Aralık, Ocak, ġubat ve Mart olarak belirlenmiĢtir. Bu aylardan en
sulak olan Kasım, Aralık ve ġubat ayları için hesaplamalar yapılmıĢtır ve en sulak ay olan Aralık
ayının sonuçları ġekil 7‘de gösterilmiĢtir.
589
Aralık ayındaki sirkülasyon dağılımı
Ölü bölge görülmemiĢtir
ġekil 7. Aralık ayı için sirkülasyon dağılımı.
Yukarıdaki Ģekillerden de görüldüğü üzere sulak aylarda Haliç bölgesi içerisinde ölü bölgeler
oluĢmamaktadır. Bir diğer önemli bulgu ise Haliç‘ e su hacmi veren Küçükköy ve Kâğıthane
havzalarından gelen debiler arttıkça sirkülasyonun da artmasıdır. Gerek kurak periyotta gerek de
sulak periyotta görülmüĢtür ki Haliç‘teki su hareketleri çok düĢüktür.
2.4.TaĢkınlar Ġçin Akım Modeli
Haliç bölgesinin sirkülasyon modeli Küçükköy ve Kâğıthane havzalarından gelen 5, 10, 25, 50
ve 100 yıllık taĢkın debilerine göre de hesaplanmıĢtır (ġekil 8 ve ġekil 9). TaĢkın debileri
literatürden alınmıĢtır. TaĢkın hidrograflarını zaman eksenine göre entegre ettiğimizde ortalama
taĢkın debilerini elde etmiĢ oluruz (Tablo 2). TaĢkın debilerinin Küçükköy ve Kâğıthane
havzalarına girilmesiyle elde edilen 5, 10, 25, 50 ve 100 yıllık taĢkın sirkülasyonları ġekil 10-14‘
da sunulmuĢtur. Bu grafiklerde, Haliç Köprüsü‘ndeki su derinliği +1m alınmıĢtır. ġekillerden
görüldüğü üzere, taĢkın debileri arttıkça sirkülasyonun mertebesi de artmaktadır. Fakat bu artıĢ
debi değerlerindeki artıĢa kıyasla küçük mertebelerdedir. Buradan da anlaĢılmıĢtır ki Haliç‘in
batimetrisi sığ ve uzun mesafede olduğundan enerjinin büyük bir kısmı sürtünme ile
kaybolmaktadır.
590
Debi (m3/s)
Zaman (saat)
Debi (m3/s)
ġekil 8. Küçükköy Havzası taĢkın hidrografları.
ġekil 9. Kâğıthane Havzası taĢkın hidrografları.
Tablo 2. Küçükköy ve Kâğıthane havzalarına göre hesaplanmıĢ taĢkın debileri.
Hesaplanılan TaĢkın Debileri
Küçükköy Havzası
Kâğıthane Havzası
5 Yıl
3
5 m /s
3
35 m /s
10 Yıl
3
7 m /s
3
46 m /s
25 Yıl
3
9 m /s
3
59 m /s
591
50 Yıl
3
11 m /s
3
70 m /s
100 Yıl
3
12 m /s
3
80 m /s
ġekil 10. Küçükköy ve Kâğıthane derelerinin 5 yıl tekerrür aralıklı taĢkın sirkülasyonu.
592
593
Yapılan değerlendirmeler neticesinde taĢkın debilerinin Haliç‘teki sirkülasyonu önemli
miktarlarda arttırdığını tespit edilmiĢtir. Fakat çeĢitli tekerrür aralıklı taĢkınların meydana
getirdiği sirkülasyonlar taĢkın tekerrür artıĢlarına kıyasla önemli bir fark meydana
getirmemektedir. Örneğin; 100 yıllık taĢkınların meydana getireceği sirkülasyon, 5 yıllık taĢkının
meydana getireceği sirkülasyondan sadece ortalama 2.4 kat fazladır. Bu duruma, Haliç ağzından
Feshane-Sütlüce arasındaki sığ batimetri sebep olmaktadır.
2.5.Boğazdan Su Pompalanması Durumunda Akım Modeli
ĠSKĠ Boğaz suyu projesi dikkate alınarak Haliç‘teki sirkülasyon belirlemeye çalıĢılmıĢtır. ĠSKĠ
Boğaz suyu projesi; Kâğıthane Deresi‘ne Boğaz‘ın temiz sularını vererek Haliç‘e temiz suyun
girmesini sağlamayı hedeflemektedir. 2200 milimetre çapında ve 4100 metre uzunluğundaki
tünel Ayazağa ile Sarıyer ÇayırbaĢı arasında inĢa edilecektir. Boğaz‘dan Ayazağa‘ya kadar
cazibe ile gelen deniz suyu burada terfi ettirilerek Kâğıthane Deresi‘ne akıtılacaktır. ĠSKĠ
yetkilileri ile temasa geçmek suretiyle alınan bilgilere göre özellikle kurak zamanlarda Kâğıthane
havzasından gelen debilere 3 m3/s‘lik Boğazdan bir ilave olacağı öğrenilmiĢtir. Bu çerçevede,
Kâğıthane Deresi‘nin Haziran, Temmuz ve Ağustos aylarındaki debi miktarlarına 3 m 3/s ilave
edilerek 3 model daha kurulmuĢ (Tablo 3) ve sonuçlar kurak aylar için sirkülasyon modelleriyle
karĢılaĢtırılmıĢtır. ġekil 15‘te, Kâğıthane Deresi‘nin Temmuz ayındaki mevcut debisine 3
m3/s‘lik bir debi ilave edilmesiyle Haliç‘te meydana gelen sirkülasyonlar gösterilmiĢtir.
594
Tablo 3. Haliç sirkülasyon modeli için aylık su debileri.
Kâğıthane
Küçükköy
ĠSKĠ'nin Boğaz suyu projesi
Haziran
Temmuz
Ağustos
3
3
3.11 m /s
3.05 m /s
3.16 m3/s
3
3
0.03 m /s
0.03 m /s
0.11 m3/s
Temmuz ayındaki sirkülasyon dağılımı (ĠSKĠ Boğaz
suyu projesi)
Ölü bölgeler ortadan kalkmıĢtır
ġekil 15. ĠSKĠ Boğaz suyu projesi dikkate alınarak Temmuz ayındaki sirkülasyon.
Yapılan hesaplamalardan anlaĢılmıĢtır ki Haziran, Temmuz ve Ağustos aylarında oluĢan ölü
bölgeler, ĠSKĠ Boğaz suyunun Kâğıthane Deresi‘ne verilmesiyle tamamen ortadan kalkmıĢtır.
ĠSKĠ Boğaz suyu projesi ile birlikte akım hızlarında önemli mertebelerde artıĢ olmuĢtur.
2.6.Alibeyköy Barajı’ndan Su Verilmesi Durumunda Akım Modeli
ĠSKĠ yetkilileriyle yapılan görüĢmeler sonucunda, bazı özel durumlarda Alibeyköy Barajı‘ndan
Haliç‘in sirkülasyonunu arttırmak için su verildiği öğrenilmiĢtir. Alibeyköy Barajı‘ndan Haliç‘e
su verilmesi senaryoları sulak aylar için Aralık, Ocak, ġubat‘ta, kurak aylar için ise Haziran ve
Temmuz‘da yapılmıĢtır. Sulak aylar (Aralık, Ocak, ġubat) için kurulan modellerde, sınır Ģartı
olarak, Tablo 1‘e göre hesaplanılan Küçükköy havzasından gelen debi değerlerine +3 m3/s ilave
edilmiĢ ve Kâğıthane havzasından gelen debi değerleri modele aynen girilmiĢtir. Kurak aylar
(Haziran ve Temmuz) için ise yine Küçükköy havzasından gelen debi değerlerine +3 m3/s ilave
edilmiĢ ve Kâğıthane havzasından gelen debi değerleri için ĠSKĠ Boğaz suyu projesi dikkate
alınmıĢtır. GerçekleĢtirilen modelleme çalıĢmaları sonucunda Aralık ve Temmuz aylarındaki
sirkülasyon miktarları sırasıyla ġekil 16-17‘de sunulmuĢtur.
595
ġekil 16. Alibeyköy Barajı‘ndan su verilmesi senaryosu dikkate alınarak Aralık ayındaki
sirkülasyon.
ġekil 17. Alibeyköy Barajı‘ndan su verilmesi senaryosu dikkate alınarak Temmuz ayındaki
sirkülasyon.
Yukarıdaki Ģekiller incelendiğinde görülmüĢtür ki Alibeyköy Barajı‘ndan su verilmesi
sirkülasyon hızlarında önemli artıĢlar meydana getirmektedir. Alibeyköy Barajı‘na gelen sular
Istrancalar‘dan pompalandığından dolayı maliyetlidir ve bu suların asıl amacı Ġstanbul halkının
596
su ihtiyaçlarını karĢılamaya yöneliktir. Bu sebepten, zorunlu haller dıĢında bu yöntemin
uygulanması ekonomik değildir. Ancak, Güney-Batı ve Güney-Doğudan esen kıĢ periyodundaki
rüzgârlar Haliç bölgesinde maksimum ve ortalama hızlara bir katkı yapmazken, çevrintiler
oluĢturmaktadır. Bu çevrintiler su akıĢını zorlaĢtırmakta ve koku meydana getirmektedir. KıĢ
periyodunda Güney-Batı ve Güney-Doğudan esen rüzgârın etkin olduğu dönemlerde ve ĠSKĠ
Boğaz suyu projesinin kullanma imkânının olmadığı durumlarda Alibeyköy Barajı‘ndan su
verilmesinin önemli olduğu tespit edilmiĢtir.
2.7.Rüzgâr Akıntıları Modellemesi
Yaptığımız incelemeler neticesinde yaz aylarında Karadeniz‘den Kuzey-Doğu yönünde esen
rüzgârların %60 sıklıkla baskın, kıĢ aylarında ise Güney-Doğu ve Güney-Batı yönünden esen
rüzgârların %20 sıklıkla baskın olduğunu belirlemiĢtir (Alpar ve diğ., 2003). Tablo 1‘de
hesaplanan aylık değerler ile Tablo 3‘de hesaplanan ĠSKĠ Boğaz suyu proje değerleri dikkate
alınarak kurulan toplam 15 adet modele, sırasıyla üç yöndeki Kuzey-Doğu, Güney-Doğu ve
Güney-Batı rüzgârların teker teker uygulanması suretiyle 45 (15  3 ) adet model daha
kurulmuĢtur. Rüzgâr akıntı model girdileri için DMI‘nin rüzgâr atlasından yararlanılmıĢtır (ġekil
18). Bu atlasa göre, Haliç bölgesinde 5.5 m/s-6.5 m/s arasında rüzgârlar hüküm sürmektedir.
Kurulan modellerde, her üç yön için rüzgâr değeri 6.5 m/s alınmıĢtır.
ġekil 18. DMI rüzgâr atlası.
Sadece Karadeniz‘den esen 6.5 m/s hızında Kuzey-Doğu yönlü rüzgârları dikkate alınarak ve
Tablo 1‘deki debiler uygulanarak Haziran, Temmuz ve Ağustos aylarındaki sirkülasyon
durumları incelenmiĢ ve Temmuz ayının sonuçları ġekil 19‘da verilmiĢtir.
597
Temmuz ayındaki sirkülasyon
(Kuzey-Doğu yönlü rüzgar etkisi )
dağılımı
Rüzgar yönü
Ölü bölgeler ortadan kalktı
Çevrintiler oluşuyor
ġekil 19. Kuzey-Doğu rüzgârı dikkate alınarak Temmuz ayındaki sirkülasyon.
Kuzey-Doğu rüzgârları Haliç bölgesi içerisinde çevrintiler oluĢturmaktadır. Bu çevrintiler,
Haziran, Temmuz ve Ağustos aylarında Haliç‘te oluĢan ölü bölgeleri ortadan kaldırmaktadır.
Kuzey-Doğu yönlü rüzgârlar Haliç bölgesindeki ortalama ve maksimum akımlarda bir artıĢ
meydana getirmektedir. KıĢ periyodunda Güney-Batı ve Güney-Doğu yönlü rüzgârların, yaz
periyodunda esen Kuzey-Doğu rüzgârlarının etkilerine göre farklılıklar gösterdiği görülmüĢtür.
ġekil 20-22‘de sırasıyla Aralık ayı Haliç bölgesinde meydana gelen rüzgârsız, Güney-Batı yönlü
ve Güney-Doğu yönlü rüzgârların sirkülasyon etkileri sunulmuĢtur.
Aralık ayındaki sirkülasyon dağılımı (rüzgarsız)
ġekil 20. Rüzgâr etkisi dikkate alınmadan Aralık ayındaki sirkülasyon.
598
Aralık ayındaki sirkülasyon dağılımı (GB)
ġekil 21. Güney-Batı yönlü rüzgâr etkisi dikkate alınarak Aralık ayındaki sirkülasyon.
Aralık ayındaki sirkülasyon dağılımı (GD)
ġekil 22. Güney-Doğu yönlü rüzgâr etkisi dikkate alınarak Aralık ayındaki sirkülasyon.
Yaz aylarında esen Güney-Doğu ve Güney-Batı yönlü rüzgârların maksimum ve ortalama hızlara
bir katkı yapmazken, Haliç bölgesi içerisinde çevrintiler oluĢturdukları tespit edilmiĢtir. Bu
çevrintiler, Haliç bölgesine Küçükköy ve Kâğıthane havzalarından gelen katı madde ve kirlilik
599
taĢınımını zorlaĢtırmaktadır. AraĢtırma grubumuzun yetkililerle yaptığı görüĢmelerde bu husus
doğrulanmıĢtır. Bu sebeple, kıĢın özellikle Güney-Batı ve Güney-Doğu yönlü esen rüzgârlar
hâkim olduğu dönemlerde Alibeyköy Barajı‘ndan su bırakılmasının ya da ĠSKĠ Boğaz suyu
projesinin 3 m3/s ilave su debisinin çevrintileri etkisiz hale getirmesinden ötürü son derece
önemli olduğu görülmüĢtür.
3.SONUÇLAR
1. Eminönü-Galata arasındaki Haliç kesitinden memba tarafında kalan göl su hacmi 34 milyon
m3‘tür. Kâğıthane Deresi‘nden yüz yılda bir gelecek taĢkının su hacmi 15 milyon m 3‘tür. Böyle
bir taĢkın ile Haliç‘teki toplam su hacminin 15/34=0.44, yani %44‘ü kadarı sadece Kâğıthane
Deresi‘nden gelmektedir. Bu değer Haliç‘in kuzey ve güney tarafındaki küçük havzalarından
gelen yağıĢ suları ve Haliç‘e yağan yağıĢlarla daha da artmaktadır.
2. Haziran, Ağustos ve Temmuz aylarında Haliç bölgesinde sirkülasyonlar azaldığı için yoğun
ölü bölgeler meydana gelmektedir. Haliç‘e gelen kirlilik kaynakları önlenemezse göze hoĢ
görünmeyen görüntüler ve koku problemi meydana gelmesi kaçınılmazdır.
3. Rüzgârsız ve Boğaz‘dan su pompalanması yapılmadığı durumda Temmuz ayında Haliç‘te
akım hızı 0.01 cm/s iken, aynı ayda Boğaz‘dan su pompalanması halinde bu hız 0.367 cm/s
olmaktadır. Kısaca hız yaklaĢık olarak 37 kat artmaktadır. Haziran, Temmuz ve Ağustos
aylarında oluĢan ölü bölgeler, ĠSKĠ tarafından Boğaz suyu verilmesiyle tamamen ortadan
kalkacaktır.
4. Alibeyköy Barajı‘ndan Haliç‘e su verilmesi sirkülasyon hızlarında artıĢ meydana
getirmektedir. Fakat Alibeyköy Barajı‘na gelen suların maliyetinin yüksek olmasından dolayı
zorunlu haller dıĢında bu metodun uygulanması tavsiye edilmemektedir.
5. Yapılan değerlendirmeler neticesinde, taĢkın debilerinin Haliç‘teki sirkülasyonu önemli
miktarlarda arttırdığı tespit edilmiĢtir. Bu durum; Haliç bölgesinin kirliliğini azaltıcı yönde
fonksiyon göreceği sonucuna varılmıĢtır.
6. Kuzey-Doğu yönünden esen rüzgârlar Haliç içerisinde çevrintiler oluĢturmaktadır. Bu
çevrintiler, Haziran, Temmuz ve Ağustos aylarında Haliç‘te oluĢan ölü bölgeleri kısmen ortadan
kaldırmaktadır.
7. Yaz aylarında esen Güney-Doğu ve Güney-Batı yönlü rüzgârların maksimum ve ortalama
hızlara bir katkı yapmadığı görülmüĢtür. KıĢın özellikle Güney-Batı ve Güney-Doğu yönlü esen
rüzgârların hâkim olduğu dönemlerde Alibeyköy Barajı‘ndan su bırakılmasının, ya da ĠSKĠ
Boğaz suyu projesiyle 3 m3/s su verilmesinin Haliç‘teki akımlar açısından son derece faydalı
olacağı kanaatine varılmıĢtır.
KAYNAKLAR
1. Alpar, B., Doğan, E., Yüce, H., Altıok, H., Kurter, A., Kara, K., Burak, S. (1999) Symptoms
of a prominent Mediterranean layer blockage in the Strait of Ġstanbul (March 26-28, 1998) on the
interactions of the Golden Horn Estuary, Turkish J. Marine Sel, (5): 87-104.
2. DAMOC, (1971) Master Plan and Feasibility Report for Water Supply and Sewage for the
Ġstanbul Region, Damoc Consortium, WHO/UNDP/SP/TUR-20, LA., California, 3(2): 14-18.
600
3. Dingman, L. S., (2008) Physical Hydrology, Waveland Press.
4. Doğusal, M. and Güçlüer, S. (1977) Investigation of the physical oceanographic conditions in
the Golden Horn, National Symposium on Golden Horn's Problems and Solutions, Bosphorus
University, Ġstanbul, pp. 61-74.
5. Ergin, M., Ediger, V., Bodur, M.N. and Okyar, M. (1990) A review of modem sedimentation
in the Golden Hom estuary (Sea of Marmara), Turkey, Bolletino di Ocenologia Teorica ed
Applicata, (8): 135-151.
6. Falconer, R.A, (1980) Numerical Modeling of Tîdal Circulation in Harbours, J. of the
Waterway, Port, Coastal and Ocean Division, Proc. A.S.C.E., Feb.
7. Froehlich, D.C., (1989) HW031.D - Finite Element Surface-Water Modeling System: TwoDimensional Flow in a Horizontal Plane-Users Manual: Federal Highway Administration Report
FHWA-RD-88-177, 285 p.
8. IMC, (1997) Ġstanbul Masterplan Consortium, Ġstanbul Water Supply, Sewerage and
Drainage, Sewage Treatment and Disposal Master Plan Study, Task Report TR7, Sewage
Effluent Disposal, General Directorate of Ġstanbul Water and Sewerage Administration.
9. Leendertse, J. J., (1978) A Water Quality Simulation Model for Well-Mîxed Estuaries and
Coastal Seas: Vol I, Principles of Computation, The Rand Corp., R-2298-RC.
10. Saydam, A.C. and Salihoğlu, Ġ. (1991) Elemental Pollution of the Golden Horn Surface
Sediments, Toxicological and Environmental Chemistry, 31-32; 167-175.
11. Saydam, A.C., Latif, M.A., Salihoğlu, L, Özsoy, E., Oğuz, T, and Unsal, M., (1988) Golden
Horn Oceanographic Investigations, Institute of Marine Sciences, Middle East Technical
University, Vol 1, 102p.
12. Spaulding, M.L. and Beauchamp, C.H., (1983) Modeling Tidal Circulation in Coastal Seas
Journal of the Hydraulics Division, A.S.CE.,109.
13. USDA (United States Department of Agriculture), (1986) TR 55 Urban Hydrology for Small
Watersheds, Natural Resources Conservation Service, Conservation Engineering Division.
601
ĠSTANBUL BOĞAZI’NDA TABAKALI VE HOMOJEN AKIM
KOġULLARINA AĠT KRĠTĠK SU SEVĠYESĠ FARKI KOġULLARININ
MODELLENMESĠ
Mehmet ÖZTÜRK
[email protected]
Berna AYAT
[email protected]
Burak AYDOĞAN
[email protected]
Yalçın YÜKSEL
[email protected]
ÖZET
Bu çalıĢmada Ġstanbul Boğazı tabakalı akım yapısı üzerinde kritik su seviyesi farklarının
belirlenmesi amacıyla ortalama Boğaz boyutlarına sahip dikdörtgen bir kanal geometrisi
oluĢtuĢturulmuĢ va akım yapısı modellenmiĢtir. Bu amaçla tabakalı akım yapısını üç boyutlu
modelleyebilme yeteneğine sahip Mike 3 HD FM yazılımı kullanılmıĢtır. Yazılım sıkıĢamaz
akıĢkan akımı ve hidrostatik basınç dağılımı kabulü yaparak temel denklemleri merkezi sonlu
hacimler yaklaĢımı temelinde çözmektedir. Bu amaçla hesap alanını yatayda üçgen düĢeyde ise
üniform ortogonal ağ geometrilerine ayırmaktadır. Tuzluluk ve sıcaklık sınır koĢulları söz
konusu parametrelere ait yıllık ortalama değerler tanımlanmıĢ ve türbülans yapısı için ise
yatayda Smagorinsky düĢeyde ise k-ε türbülans modeli kullanılarak benzeĢtirilmiĢtir. Model
sınırları arasındaki su seviyesi farkı zamanla değiĢen bir Ģekilde tanımlanmıĢtır. Karadeniz ile
Marmara Denizi‘ni temsil eden model sınırları araındaki değiĢik su seviyesi farkları için
kanaldaki tabakalı akımın değiĢimi incelenmiĢ ve Boğaz‘daki tabakalı ve homojen akım
koĢullarına neden olan su seviyesi farklarına ait kritik değerler belirlenmiĢtir. Ayrıca üç boyutlu
modele ait sonuçlar Ġstanbul Boğazı ile ilgili daha önce yapılmıĢ olan bir boyutlu analitik bir
modele ait sonuçlar ile karĢılaĢtırılmıĢtır. Ġki farklı yaklaĢıma ait model sonuçlarının birlikte
değerlendirilmesinden model sonuçlarının büyük uyum içinde oldukları görülmüĢtür.
Modelin kalibrasyonu yapılmamıĢ esas olarak iki tabakalı akım koĢulları ile her iki yöndeki tek
tabakalı homojen akım koĢullarının oluĢmasına neden olan su seviyesi farklarının belirlenmesi
amaçlanmıĢtır.
Anahtar Kelimeler: Ġstanbul Boğazı, hidrodinamik modelleme, tabakalı akım.
603
MODELING OF THE CRITICAL WATER LEVEL CONDITIONS FOR THE
STRATIFIED FLOW STRUCTURE OF THE BOSPHORUS
ABSTRACT
In this study, in order to determine the critical water level difference conditions between the two
entries of the Bosphorus, which plays very important role on the stratified flow structure of that
waterway, were studied. Comparing to the Bosphorus, very simple rectangular channel has the
average values in the all three dimensions were shaped for this purpose. The model was
performed by using Mike 3 HD (Hydrodynamic) FM (Flexible Mesh) which is capable of three
dimensional modeling. The theorical structure of the method depends on solving the main
equations by using the finite volume approach with the assumption of hydrostatic pressure
distribution and incompressible flow. This approach divide the model domain into triangular and
orthogonal element meshes in the horizontal and vertical planes respectively. As to the salinities
of the boundaries, the yearly average salinity of the Blacksea, 18 ppt, were given at the
corresponding boundary and 38 ppt at the boundary which corresponded to the Sea of Marmara
entrance of the channel. Differing from salinities, a time varied water level described at the
Blacksea boundary. No water level described at the Sea of Marmara. The turbulent closure was
implemented by using Smagorinsky formula in the horizontal and k-ε in the vertical domains. In
the light of model parameters described above, the limit values of the water level differences
were tried to determine, which caused the strait flow bidirectional or unidirectional. The three
dimensional model results were also compared to another one dimensional analytical model
results. The both approaches gave similar results to each other. The model was not calibrated.
Keywords: The Bosphorus, hydrodynamic modeling, stratified flow.
1.GĠRĠġ
Çanakkale Boğazı ve Marmara Denizi ile birlikte ―Türk Boğazlar‖ sisteminin bir parçası olan
Ġstanbul Boğazı Karadeniz‘i Marmara Denizi‘ne ve dolayısıyla Akdeniz‘e bağlayan tek deniz
geçidi olması nedeniyle sadece ülkemiz için değil Karadeniz‘e komĢu ülkeler için de oldukça
hayati bir önem taĢımaktadır. Ġstanbul Boğazı uluslararası deniz taĢımacılığının yapıldığı en dar
ve doğal su yolu olma özelliğini de taĢımaktadır. Genel olarak tabakalı akım davranıĢı gösteren
Ġstanbul Boğazı akımının hidrodinamiğinin doğru anlaĢılması ulaĢtırma, çevresel kirlilik, atık su
deĢarjı ve balıkçılık açısından büyük önem taĢımaktadır.
Avrupa‘nın içinden geçerek sularını Karadeniz‘e boĢaltan akarsular (Tuna, Dinyeper, Dinyester
vs.) geçtikleri ülkelerin atık sularını da Karadeniz‘e taĢımaktadır. Boğaz‘ın akıntı rejiminden
dolayı bu atıklar önce Boğaz sularına girmekte, oradan da Marmara Denizi‘ne ulaĢabilmektedir.
Diğer bir olası kirlilik kaynağı ise Ġstanbul Boğazı‘ndan geçen ve tehlikeli yük taĢıyan
tankerlerdir. Uluslar arası antlaĢmalarla geçiĢleri güvence altına alınan söz konusu gemilerin
neden olabileceği bir çevresel felaketin boyutlarının ve etki alanının belirlenmesi Boğaz‘ın akıntı
yapısına ait kritik değerlerin bilinmesini gerektirmektedir. Bu kirliliğe Boğaz‘ın kıyısı boyunca
var olan yerleĢim bölgelerinin neden olduğu kirlilik ve Marmara Denizi üzerinden gelen
seyrelmiĢ atık suların yol açacağı kirlilik de eklendiğinde söz konusu akım parametrelerinin
doğru olarak belirlenmesinin yaĢamsal bir öneme sahip olduğu görülecektir.
Ayrıca Ġstanbul Boğazı‘nda tabakalı veya homojen akım koĢullarını meydana getirebilecek su
seviyesi farkına ait kritik akım parametrelerinin belirlenmesi balık göçleri veya balıkların bu
ekosistem içerisindeki yaĢam koĢullarının doğru olarak belirlenmesinde de büyük önem
taĢımaktadır.
604
2.ĠSTANBUL BOĞAZI
Boğazlar farklı akıĢkan özelliklerine sahip iki komĢu denizi birbirine bağlayan su yollarıdır.
KomĢu denizler arasındaki yoğunluk (sıcaklık, tuzluluk vs.) ve su seviyesi farkı gibi farklı
akıĢkan özellikleri boğazlarda genellikle iki tabakalı bir akım yapısının oluĢmasına yol
açmaktadır.Boğaz akımlarının dinamiğinin doğru anlaĢılması ulaĢtırma, çevresel kirlilik, atık su
deĢarjı ve balıkçılık açısından büyük önem taĢımaktadır.
Ġstanbul Boğazı Marmara Denizi ile Karadeniz‘i birbirine bağlayan bir akarsu gibi menderesler
çizerek uzayan 31 km uzunluğundaki dar ve uzun bir su yoludur. Yüzeydeki geniĢliği 0.7 km ile
3.5 km arasında değiĢmektedir. Ana akıĢ yolu boyunca Ġstanbul Boğazı‘nın derinliği 30 m ile
100 m arasında değiĢen değerler almaktadır.
Ġstanbul Boğazı akımı genel olarak tipik bir boğaz akımında olduğu gibi iki tabakalı bir akım
davranıĢı sergilemektedir. Tabakalı akım yapısını kontrol eden esas mekanizma söz konusu
komĢu denizler arasındaki yoğunluk ve su seviyesi farklarıdır.
Üst tabaka akımı esas olarak Karadeniz ile Marmara Denizi arasındaki su seviyesi farkından
kaynaklanmaktadır.Karadeniz‘e dökülen nehirlerin (Tuna, Dinyeper ve Dinyester) getirdiği tatlı
su giriĢi ile yağıĢın toplamı denizden olan buharlaĢmadan fazla olduğu için meydana gelen su
fazlalığı Karadeniz‘den Marmara‘ya doğru bir akım oluĢmasına yol açmaktadır. Karadeniz ile
Marmara Denizi arasındaki su seviyesi farkı (Δh) -0.2 m ile 0.60 m arasında değiĢen değerler
almaktadır. Burada negatif su seviyesi farkı Boğaz‘ın Marmara Denizi giriĢindeki su seviyesinin
Karadeniz‘den yüksek olduğunu göstermektedir (Yüksel vd., 2008).
Marmara Denizi‘nin hidrolojik kaybı Karadeniz‘e göre daha fazla olduğu için iki deniz arasında
bir tuzluluk farkı oluĢmaktadır. Söz konusu tuzluluk farkı Marmara Denizi‘nden Karadeniz‘e
doğru alttan bir yoğunluk akımı oluĢmasına neden olmaktadır. Üst tabaka akımının tuzluluğu
Karadeniz‘in bitiminde 18 ppt‘dir. Bu değer kdemeli olarak artarak güney çıkıĢında 23 ile 25 ppt
değerine ulaĢmaktadır. Alt tabakadaki tuzluluk Boğaz‘ın güney ucunda Marmara Denizi‘nde 38
ppt‘dir. Bu değer kuzey doğrultusunda azalarak 33 ppt değerine düĢmektedir (Oğuz vd., 1990).
Öte yandan Karadeniz, Marmara Denizi ve Ġstanbul Boğazı‘ndaki meteorolojik koĢullara bağlı
olarak Boğaz boyunca kuzey ve güney yönünde tek tabakalı akım homojen akım halleri de
görülmektedir.
3.SAYISAL MODEL
Boğaz‘a ait kritik su seviyesi farklarının belirlenmesi amacıyla Ġstanbul Boğazı‘nın ortalama
boyutlarına sahip basit dikdörtgen kanaldaki tabakalı akım DHI‘nin (Danimarka Hidrolik
Enstitüsü) geliĢtirdiği Mike 3 yazılımına ait HD FM modülü kullanılarak modellenmiĢtir. Mike 3
HD FM kıyı alanları, haliç, koy ve okyanus akımları gibi üç boyutlu akım yapısını
modelleyebilen genel bir modelleme sistemidir. DeğiĢken yoğunluk, batimetri ve dıĢ kuvvetlerin
(meteorolojik etkiler, gelgit kaynaklı su seviyesi değiĢimleri, akıntı ve diğer hidrografik koĢullar)
etkisini içeren üç boyutlu kararsız akımların modellenmesinde kullanılmaktadır. Mike 3 hidrolik
ve hidrolikle ilgili bir çok olayın tanımlanması ve modellenmesine olanak veren çok geniĢ bir
kullanım alanına sahiptir.
Mike 3 HD FM matematiksel temeli üç boyutlu Reynolds ortalamalı Navier-Stokes
denklemlerinin Boussinesq yaklaĢımı temelinde sıkıĢamaz akıĢkan ve hidrostatik basınç dağılımı
kabulü yapılarak çözülmesine dayanmaktadır. Söz konusu yaklaĢım hesap alanını yatay
düzlemde üçgen düĢey düzlemde ise ortogonal ve ortogonal olmayan ağ geometrilerinden oluĢan
605
yapılandırılmamıĢ ağlara bölmekte ve temel denklemleri merkezileĢtirilmiĢ sonlu hacimler
yaklaĢımı kullanarak çözmektedir. Model geometrisi ġekil 1‘de verilmiĢtir.
Mike 3 HD FM Türbülansın etkisinin modellenmesinde eddy viskozitesi kavramı
kullanmaktadır. Yatay ve düĢey eddy viskoziteleri için genellikle farklı yaklaĢımlar dikkate
almaktadır. Yatay eddy viskozitesi sabit bir değer Ģeklinde veya Smagorinsky formülasyonu ile
tanımlanırken düĢeyde üç farklı durum söz konusudur. Bunlar; Sabit eddy, derinlik boyunca
logaritmik profil ve iki denklem modeli (k-ε). Bu çalıĢmada türbülans yapısı için yatayda
Smagorinsky, düĢeyde ise k-ε türbülans seçenekleri dikkate alınmıĢtır.
ġekil 1. Kanal geometrisi ve hesap alnına ait ağ ayrıklaĢtırması
4.MODEL PARAMETRELERĠ VE SINIR KOġULLARI
Sayısal modele ait model parametreleri ile sınır Ģartlarına ait değerler Çizelge 1‘de verilmiĢtir.
Çizelge 1‘den de görüldüğü gibi Marmara Denizi‘ni temsil eden 1-1 sınırında su seviyesi
değiĢimi (Δh) tanımlanmamıĢtır. Karadeniz‘i temsil eden 2-2 sınırında ise alt tabaka akımının
kanal boyunca ilerlemesi ve tabakalı akım koĢullarının oluĢmasının sağlanması için ġekil 2‘de
görüldüğü gibi zaman serisi olarak 13 aĢamada tanımlanmıĢtır. Simülasyon baĢlangıcından
itibaren 60,000 s boyunca herhangi bir su seviyesi değiĢimi tanımlanmamıĢ, bundan sonra
Δh=0.10 m‘lik artıĢlar 20,000 s‘lik zaman aralıklarında tanımlanmıĢ ve her zaman aralığı
sonunda su seviyesi farkı 40,000 s boyunca sabit tutulmuĢtur. Böylece her zaman adımı sonunda
su seviyesi farkından kaynaklı üst tabaka akımının kanal boyunca ilerlemesi ve tabakalı akımın
kararlı hale ulaĢması amaçlanmıĢtır.
1-1 sınırında tuzluluk sabit olarak Marmara Denizi‘nin yıllık ortalam tuzluluk değeri olan 38 psu
olarak tanımlanmıĢtır. 2-2 sınırı için ise Karadeniz‘in yıllık ortalama tuzluluğu olan 18 ppt‘dur.
BaĢlangıç tuzluluğu olarak 2-2 sınırındaki tuzluluk (18 ppt) tanımlanmıĢtır. Böylece baĢlangıçta
herhangi bir su seviyesi değiĢiminin tanımlanmadığı 60,000 s boyunca alt tabaka akımının 2-2
sınırından girmesi ve kanal boyunca ilerlemesi sağlandıktan sonra üst tabaka akımının 1-1
sınırından kanala girmesi ve tabakalı akım yapısının oluĢturulması amaçlanmıĢtır.
606
Tablo 1. Model parametreleri ve değerleri
Model parametreleri
Batimetri (x×y×z) (m)
Zaman Adımı Aralığı (∆t) (s)
Herbir
zaman adımındaki
hesap noktası sayısı
Maks. Courant Sayısı (Cr)
BaĢ. Tuz
Tuzluluk
1-1
(ppt)
2-2
Sınır
BaĢ.
Su
ġartları
Seviyesi 1-1
Farkı
(∆h) (m) 2-2
Pürüzlülük (ks) (m)
5.Alternatif
32,000×900×64
1
185,728
Türbülans
x-y
(eddy viskozitesi)
z
Simülasyon Zamanı (t) (s)
Smagorinsky
Açıklama
0.2507
18
38
18
0
sabit
0
sabit
0-0.60
zaman serisi
0.30
sabit
k-ε
425,000
5.MODEL SONUÇLARI VE DEĞERLENDĠRME
ġekil 1‘deki model geometrisi ile Çizelge 1‘de görülen model parametreleri ve sınır Ģartları
tanımlanarak değiĢik su seviyesi farkları için Boğaz boyutlarına sahip basit dikdörtgen bir
kanaldaki akım karakteristikleri hesaplanmıĢtır (Çizelge 2). Burada V, k ve Q sırasıyla ortalama
hız, kalınlık ve debi değerlerini göstermektedir. 1 ve 2 indisleri ise sırasıyla üst be alt tabakaların
söz konusu değerlerini göstermektedir.
ġekil 3‘de ise bu çalıĢmada kullanılan üç boyutlu (3D) yapılandırılmamıĢ ağ yaklaĢımına ait
model sonuçları ile Ġstanbul Boğazı üzerine daha önce yapılmıĢ olan bir boyutlu (1D) analitik
modele (Sümer vd., 1981) ait model sonuçları bir arada verilmiĢtir. Her iki yaklaĢımın dikkate
aldıkları kanal geometrileri ve tanımladıkları sınır koĢulları Çizelge 3‘de özetlenmiĢtir.
Tablo 2. Basit dikdörtgen kanal için kanal ortası kesitteki tabakalı akım karakteristikleri.
Δh (m)
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
V1 (m/s)
0
0.65
0.36
0.92
2.10
2.00
2.20
V2 (m/s)
0.30
0.83
0.86
0.42
0
0
0
k1 (m)
0
14
10
12
63
63
63
k2 (m)
63
48
53
50
0
0
0
Q1 (m3/s)
0
8,215.2
3,249
10,000
117,539.1
113,230
124,173
Q2 (m3/s)
17,180.1
35,769.6
41,117.4
19,000
0
0
0
Açıklama
t=80,000. s
t=125,000. s
t=185,000. s
t=245,000. s
t=305,000. s
t=365,000. s
t=425,000. s
ġekil 3 ve Çizelge 2‘den de görüldüğü gibi Δh≈10 cm için tamamen alt tabaka akımının, Δh>40
cm için ise tamamen üst tabaka akımının kanal boyunca hakim oduğu homojen akım koĢulları
hakim olmaktadır. Ġki tabakalı akım koĢulları sadece 10 cm <Δh< 40 cm koĢullarında varlığını
koruyabilmiĢtir. Bir boyutlu analitik model sonuçlarına göre ise Δh≈11 cm ve Δh>45 cm için tek
tabakalı homojen akım koĢullarının, söz konusu iki değer arasındaki su seviyesi farklarında ise
iki tabakalı akım koĢullarının hakim olduğu görülmektedir.
607
608
ġekil 2. Karadeniz‘i temsil eden 2-2 sınırı için tanımlanan su seviyesi (Δh) farkı sınır Ģartı.
608
ġekil 3. Üç boyutlu model ile bir boyutlu model sonuçlarına göre Ġstanbul Boğazı‘nda Karadeniz
ile Marmara Denizi arasındaki su seviyesi farkına bağlı olarak ile tabaka debilerinin değiĢimi.
609
Üst ve alt tabakalara ait Δh-Q eğrilerinin değiĢiminden üç boyutlu model için tabaka debilerinin
su seviyesi değiĢiminden daha fazla etkilenmekle beraber eğilimlerin benzer oldukları
görülmektedir. Tabaka debilei arasındaki farkın su seviyesi farkındaki artıĢla birlikte özellikle
üst tabaka için arttığı görülmektedir. Model sonuçları arasındaki bu farkın büyük oranda sayısal
modeller için tanımlanmıĢ olan hidrodinamik parametrelerin ve/veya sınır koĢullarının farklı
olmasından kaynaklandığı düĢünülmektedir.
6.SONUÇLAR VE ÖNERĠLER
Mike 3 HD FM‘in bir kanaldaki tabakalı akım yapısını modelleyebildiği görülmüĢtür.
Ġstanbul Boğazı‘a kıyasla son derece basit bir geometriye sahip olmakla birlikte iki farklı sayısal
yaklaĢımla gerçekleĢtirilen modelleme sonucu iki tabakalı akımın 10 cm <Δh≤40-45 cm için
varlığını koruduğu görülmüĢtür. Sırasıyla Δh<10 cm ve Δh>40-45 cm için ise tamamen alt
tabaka ve üst tabaka akımlarının kanal boyunca hakim oldukları görülmüĢtür.
Farklı ve dikkate alınmayan sınır ve baĢlangıç koĢulları ile model parametrelerinin de dikkate
alınarak değerlendirilmesi gerekmektedir.
Ġstanbul Boğazı‘nın orjinal batimetrisi ile ölçümlerden elde edilen sınır ve baĢlangıç koĢullarının
tanımlandığı bir üç boyutlu model sonuçları kullanılarak da kritik su seviyesi koĢullarının analiz
edilmesi gerekmektedir.
KAYNAKLAR
Oğuz, T., Özsoy, E., Latif, M. A., Sur, H. Ġ. ve Ünlüata Ü., (1990) ―Modelling of Hydraulically
Controlled Exchange Flow in the Bosphorus Strait‖, Journal of Physical Oceanography, 20: 945965.
Sümer, M., Çeçen, K., Bayazıt, M., Güçlüer, ġ., Doğrusal, M. ve Yüce, H.,(1981), ―Ġstanbul
Boğazı‘nın OĢinografik ve Hidrolik Etüdü-I‖, Tübitak Sualma Tesisleri Ünitesi Kesin Rapor
No:24, Ġstanbul Teknik Üniversitesi ĠnĢaat Fakültesi Hidrolik ve Su Kuvvetleri Kürsüsü,
Ġstanbul.
Yüksel, Y., Ayat, B., Öztürk, M.N., Aydoğan, B. Güler, I., Çevik, E.O. ve Yalçıner, A.C.,
(2008), ―Responses of the stratified flows to their driving conditions‖, Ocean Engineering, 35:
1304-1321.
610
KAPAK KONTROLLÜ GENĠġ BAġLIKLI SAVAK AKIMININ
DENEYSEL VE SAYISAL MODELLENMESĠ
M. Salih KIRKGÖZ
Çukurova Üniversitesi, Müh-Mim. Fak., ĠnĢaat Müh. Böl., ADANA
[email protected]
M. Sami AKÖZ
[email protected]
Veysel GÜMÜġ
[email protected]
A. Alper ÖNER
Aksaray Üniversitesi, Müh. Fak., ĠnĢaat Müh. Böl., AKSARAY
[email protected]
ÖZET
Kapak kontrollü bir geniĢ baĢlıklı savak üzerinden geçen akımın hız alanı, Lazer Doppler
Anemometresi (LDA) yardımıyla ölçülmüĢ ve aynı deney koĢullarındaki akım için temel
denklemler, sonlu hacimler yöntemine dayalı ANSYS-Fluent paket programı ile çözülmüĢtür.
Sayısal hesaplamalarda, Standart k-, RNG k-, Realizable k-ε, SST ve RSM türbülans kapatma
modelleri, ve su yüzünün hesabı için VOF yöntemi kullanılmıĢtır. Sayısal hesaplamalardan elde
edilen akım hızları ve su yüzü profilleri deneysel ölçümlerle karĢılaĢtırılmıĢtır. Türbülans
modellerinin doğrulanması bağlamında, Realizable k-ε ve RNG k- modellerinin hız alanını ve
su yüzünü hesaplamada diğer modellere göre daha baĢarılı olduğu görülmüĢtür.
Anahtar Kelimeler: GeniĢ baĢlıklı savak, kayar-kapak, LDA, sayısal model, VOF, hız profili.
EXPERIMENTAL AND NUMERICAL MODELING OF FLOW
OVER A GATE-CONTROLLED BROAD-CRESTED WEIR
ABSTRACT
The velocity field of flow over a broad-crested weir with a gate control is measured using Laser
Doppler Anemometry (LDA). Basic equations are solved by ANSYS-Fluent package program,
with finite volume method, for the flow case having the same experimental conditions. In the
numerical simulations, Standard k-, RNG k-ε, Realizable k-ε, SST and RSM turbulence closure
models are used, and the flow profile is computed using VOF method. Computational results for
velocities and flow profiles are compared with measured values. Experimental validations of the
611
turbulence models show that, Realizable k-ε and RNG k- models are the most successful in
predicting the velocity field and the free surface of the present flow case.
Keywords: Broad-crested weir, Sluice-gate, LDA, Numerical model, VOF, Velocity profile.
1.GĠRĠġ
GeniĢ baĢlıklı savaklar, açık kanallarda su akımını kontrol etmek, su seviyesini düzenlemek ve
debi ölçümü amaçlarıyla kullanılan su yapılarındandır. Bu tür yapıların etrafındaki akım
alanlarının doğru Ģekilde belirlenmesi hidrolik tasarım açısından önem arz etmektedir. Söz
konusu yapılar ile etkileĢime giren akımların analizi, geleneksel fiziksel model deneyleri ile
baĢarılı bir Ģekilde yapılabilmektedir. Diğer taraftan, akıĢkan hareketinin teorik olarak analizi
bağlamında, Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (Computational Fluid Dynamics-CFD)
yöntemlerinde kaydedilen geliĢmeler, çeĢitli savaklar üzerinden geçen akımlar dahil olmak
üzere, su-yapı etkileĢiminin söz konusu olduğu açık kanal akımlarının analizinde önemli
kolaylıklar sağlamıĢtır. Bu yolla birçok su yapısı tasarımının CFD yöntemleri ile
gerçekleĢtirilmesi günümüzde mümkün hale gelmiĢtir.
Laboratuvar ortamında gerçekleĢtirilen su-yapı etkileĢimi ile ilgili model çalıĢmaları, öngörülen
performans ölçütlerinin sağlanıp sağlanmadığı hakkında önemli bilgilerin edinilmesine yardımcı
olmakla birlikte, ölçek etkilerinden kaynaklanan kaçınılmaz hataların sonuçlara yansıdığı da
bilinen bir gerçektir. Diğer taraftan, sayısal modelleme ile akım problemlerinin çok daha kısa
sürede ve ekonomik olarak çözülerek akım hakkında her türlü detay bilginin elde edilebilir
olması, analiz ve tasarım iĢlemlerinin farklı koĢullar altında hızlı biçimde tekrarlanmasına ve
optimum çözümlerin elde edilmesine imkân tanımaktadır.
Hava ile sıvının ara kesitindeki serbest su yüzeyinin hesaplanmasında güçlü bir araç olarak
kullanılabilen Akışkan Hacimleri (Volume of Fluid-VOF) yöntemi, su yapıları ile etkileĢim
halindeki türbülanslı akımların su yüzü profillerinin hesabında da baĢarı ile kullanılmaktadır.
[Ashgriz ve ark., 2004; Sarker ve Rhodes, 2004; Kırkgöz ve ark., 2008; Kırkgöz ve ark., 2009].
Bununla birlikte, VOF yöntemine dayalı türbülanslı akımların CFD modellemelerinin daha
güvenilir Ģekilde kullanımına yardımcı olması bakımından, sayısal hesaplama bulgularının
deneylerle doğrulanmasına yönelik çalıĢmaların çoğaltılmasına ve çeĢitlendirilmesine ihtiyaç
vardır.
Bu çalıĢmada, laboratuvar kanalına yerleĢtirilmiĢ, üzerinde kayar-kapak bulunan dikdörtgen
kesitli geniĢ baĢlıklı bir savak ile etkileĢim halindeki serbest yüzeyli akımın hız alanı, Lazer
Doppler Anemometresi (LDA) ile ölçülmüĢtür. Sonlu hacimler yöntemine dayalı olarak
geliĢtirilen ANSYS-Fluent paket programı yardımıyla akımı idare eden temel denklemler, beĢ
farklı türbülans modeli kullanılarak çözülmüĢtür. Su yüzünün teorik olarak belirlenmesinde VOF
yöntemi kullanılmıĢtır. Sayısal modellerden elde edilen akım hızları ve su yüzü profilleri,
deneysel olarak ölçülen hız ve su yüzü profilleri ile karĢılaĢtırılmıĢtır.
2.DENEYSEL ÇALIġMA
Deneyler, uzunluğu 2.4 m, geniĢliği 0.2 m ve derinliği 0.2 m, tabanı da camdan yapılmıĢ,
hidrolik bakımdan cilalı yatay bir laboratuvar kanalında yapılmıĢtır (ġekil 1). Deney modeli
olarak, Ģekildeki gibi kanala yerleĢtirilmiĢ, uzunluğu 0.235 m ve yüksekliği 0.098 m olan keskin
kenarlı pürüzsüz dikdörtgen bir geniĢ baĢlıklı savak ve onun ortasında tabandan açıklığı 0.02 m
olan bir kapak kullanılmıĢtır. Akımın debisi Q=0.00233 m3/s ve memba su derinliği ho=0.160 m
612
olarak ölçülmüĢtür. Memba akımında Froude sayısı Fro (=Vo/(gho)1/2)=0.0567 ve Reynolds sayısı
Reo (=4VoRo/)=17100‘dür (Vo kesit ortalama hızı, Ro hidrolik yarıçap ve  kinematik
viskozitedir). Akım hızlarının belirlenmesinde Dantec® LDA62N04 hız ölçme sistemi
kullanılmıĢtır. Kullanılan LDA sisteminin deney koĢullarındaki Ģematik düzeni, ġekil 1‘de
görülmektedir. Bu sistem, ölçüm bölgesine gönderilen iki lazer ıĢınının kesiĢtiği noktadan geçen
parçacıklar yardımıyla, o noktadaki lazer ıĢınları düzlemindeki anlık akım hız bileĢeninin belirli
zaman aralıklarında ölçülmesini sağlamaktadır. Zaman serisi olarak kaydedilen hız
değerlerinden, söz konusu noktaya ait zamansal ortalama akım hızı, türbülans hız sapınçları,
türbülans Ģiddeti gibi çeĢitli türbülans karakteristiklerinin belirlenmesi mümkün olmaktadır.
h=0.161 m
Lazer
Foto Dedektör
Akım ĠĢlemcisi
Bilgisayar
ġekil 1. Deney düzeneği ve LDA hız ölçüm sistemi
3.TEMEL DENKLEMLER VE SAYISAL ÇÖZÜM
3.1.Temel Denklemler
Ġncelenen geniĢ baĢlıklı savak ile etkileĢim halindeki akım düzenli, iki-boyutlu, sıkıĢmayan,
türbülanslı serbest yüzeyli bir akımdır. Akımı idare eden temel denklemler, kütlenin korunumu
ve momentumun korunumu (Reynolds-ortalamalı Navier-Stokes denklemleri), aĢağıdaki gibidir:
ui
0
xi
 ui
 
 t
uj
(1)
ui
x j
2


   gi  p    u2i  ij

xi
x j x j

(2)
(1) ve (2) denklemlerinde ui, xi doğrultusundaki hız bileĢeni gi yer çekimi ivmesi, p basınç, μ
dinamik viskozite, ρ akıĢkan yoğunluğu ve ij türbülans (Reynolds) gerilmeleridir.
3-boyutlu akım alanında yukarıdaki 4 denklem 10 adet bilinmeyen içermektedir (üç hız bileĢeni
ui , basınç p ve altı bağımsız Reynolds gerilmesi,  ui uj ). Böylece bilinmeyenler açısından
613
denklem sisteminin kapatılabilmesi için türbülans gerilmelerinin tanımlanmasına ihtiyaç
duyulmaktadır. Bu sorun, yukarıdaki zamansal-ortalama denklemlerin sayısal hesaplama
sürecinde, denklemlerde yer alan türbülans gerilmelerinin türbülans kapatma modelleri
kullanılarak çözülmesini gerektirmektedir. Türbülans viskozitesinin doğrusal tanımlamasını esas
alan Boussinesq yaklaĢımına göre (2) denklemindeki türbülans kayma gerilmesi bünye denklemi
ile, sıkıĢmayan akımlar için, aĢağıdaki gibi verilmiĢtir:
 ui
 ij    uiuj  t 
 x j

u j  2
   k ij
xi  3
(3)
burada ui ve u j yatay ve düĢey türbülans hız sapınçları, µt türbülans viskozitesi, k (  uiui / 2 )
türbülans kinetik enerjisi ve  ij Kronecker deltadır.
3.2.Türbülans Modelleri
AkıĢkan hareketinin CFD yöntemleri ile modellenmesinde, (3) denklemindeki µt türbülans
viskozitesinin ifade edilmesinde birçok türbülans modeli geliĢtirilmiĢtir [Wilcox, 2000]. Bu
çalıĢmada, Standart k-ε (SKE) [Launder ve Spalding, 1972], RNG k-ε (RNG) [Yakhot ve
Orszag, 1986; Yakhot ve ark., 1992], Realizable k-ε (RKE) [Shih ve ark., 1995], Shear Stress
Transport (SST) [Menter, 1994] ve Reynolds Stress Model (RSM) [Launder ve ark., 1975]
türbülans modelleri kullanılmıĢtır. Bunlardan ilk dördü doğrusal türbülans viskozitesi
formülasyonuna dayanan iki-denklemli türbülans modelleridir. Ġki adet transport diferansiyel
denkleminden biri türbülans kinetik enerjisi, k-denklemi; diğeri k- modellerinde enerji kayıp
oranı, -denklemi, ve SST modelinde özgül kayıp oranı -denklemi’dir. RNG ve RKE türbülans
modelleri, bazı karmaĢık akımların hesaplanmasında gözlenen yetersizliklerin iyileĢtirilmesi için
SKE modelinin yeniden düzenlenmesiyle elde edilmiĢlerdir. Kullanılan türbülans modelleri
aĢağıda kısaca özetlenmiĢtir.
3.2.1.SKE modeli
Bu model ile türbülans viskozitesi µt, türbülans kinetik enerjisi, k, ve onun kayıp oranına, , bağlı
olarak aĢağıdaki gibi ifade edilmektedir:
 t   C
k2
(4)

Cµ boyutsuz model sabitidir. (4) denklemindeki k ve  değerlerinin bulunması için iki adet kısmi
diferansiyel transport denkleminin çözülmesi gerekmektedir:
( k )
( k ) 
uj

t
x j
x j

t
  
k

 k 
ui

 
   ij
x j
 x j 
(5)
(  )
(  ) 
uj

t
x j
x j

t
  


  
 ui
2


C


C


1
ij
2
k x j
k
 x j 
(6)
SKE model sabitleri, C=0.09, k=1.0, =1.3, C1=1.44, C2=1.92 değerlerini almaktadır
[Launder ve Spalding, 1972].
614
3.2.2.RNG modeli
Bu modelde k-denklemi SKE ile aynı olup -denklemi ilave kaynak terimi içermektedir:
(  )
(  )  
t
 uj

  
t
x j
x j 

  
ui
2
* 

 C2 
  C1  ij
k x j
k
 x j 
(7)
Model sabitleri aĢağıdaki gibi verilmiĢtir [Yakhot ve ark., 1992]:
 k     0.7194 ,
C  0.0845 ,
  (2Sij Sij )1 / 2
k

,
Sij 
C1*  C1 
1
(ui , j  u j ,i ) ,
2
 ( 1   / 0 )
,
1   3
0  4.377 ,
C2  1.68 ,
C1  1.42 ,
  0.012 (Deneysel)
Sij Ģekil değiĢtirme hızı tansörüdür. Görüldüğü gibi (7) denklemi akıĢkan Ģekil değiĢtirmesine
bağlı  parametresini içermektedir. Bu ilave parametre sayesinde RNG modelinin ivmelenen,
Ģiddetli eğriselliğe maruz, sınır tabakasının ayrıldığı, ikincil akımlar ve durma noktasının mevcut
olduğu akımlarda SKE modeline göre daha gerçekçi sonuçlar verdiği iddia edilmiĢtir.
3.2.3.RKE modeli
Akım alanındaki yüksek Ģekil değiĢtirme hızlarının ve sınır tabakası ayrılmasının mevcut olduğu
karmaĢık akım durumlarında SKE türbülans modeli üzerinde, performans artırıcı olarak RKE
modeli adı altında Ģu iyileĢtirmeler yapılmıĢtır: (a) türbülans viskozitesi, t, ifadesinde, sabit
yerine değiĢken C terimi kullanılarak SKE modelindeki katı yüzeye dik Ģekil değiĢtirme
bileĢenlerinin değeri küçültülmüĢ, ve (b)  transport denkleminde yerel Ģekil değiĢtirme hızını
esas alan farklı bir kaynak terimi kullanılmıĢtır.
Shih ve ark. (1995) C için aĢağıdaki formülü vermiĢlerdir:
C  
1
Ao  As
Burada,
(8)
U k

Ao  4 ,
~ ~
U   Sij Sij  ij ij ,
As  6 cos  ,
  13 arc cos( 6W ) ,
~
ij  ij  2 ijkk ,
ij  ij   ijkk ,
W
Sij S jk Ski
,
~
S3
~
S  Sij Sij ,
ij  12 (ui , j  u j ,i )
ij , k açısal hızı ile dönen eksen takımına göre ölçülen ortalama rotasyon hızı tansörüdür.
-denklemi aĢağıdaki gibi ifade edilmiĢtir:
(  )
(  )  
t
 uj

  
t
x j
x j 

  
2

  C1S  C2
k  
 x j 
615
(9)
Model sabitleri aĢağıdaki gibi önerilmiĢtir:

 
,
C1  max 0.43,
  5 

S
k

,
S  Sij Sij ,
C2  1.9 ,
 k  1.0 ,
   1.2
RKE modeli de RNG modeli gibi, ivmelenen, eğrisel, sınır tabakasının ayrıldığı, ikincil
akımların var olduğu akımlarda SKE modeline göre daha baĢarılı olduğu ifade edilmiĢtir.
3.2.4.SST modeli
SST modeli, katı sınıra yakın akım bölgelerinde k-, uzak bölgelerde ise standart k-ε türbülans
modelinin daha uygun olduğu varsayımından hareketle her iki modelin üstünlüklerini tek
modelde birleĢtiren bir türbülans modelidir. Bu model, bir karıĢım fonksiyonu yardımı ile
modelin katsayılarını, geçerli olduğu varsayılan bölgeler itibariyle k- ve k-ε model katsayılarına
uyarlayarak, katı sınıra yakın yerlerde (türbülanslı iç bölgede) k- modeli ile uyum sağlarken,
katı sınırdan uzaklaĢtıkça (türbülanslı dıĢ bölgede) yumuĢak bir geçiĢle k-ε türbülans modeline
yaklaĢmaktadır [Menter, 1994]. F1 karıĢım fonksiyonu olarak SST modelindeki transport
denklemleri aĢağıdaki gibi verilmiĢtir:
( k )
( k )  
k 
ui
 uj

   k
   k t 
   ij
t
x j
x j 
x j 
x j
(  )
(  ) 
 uj

t
x j
x j
(10)

  
ui
1 k 
  2  2( 1  F1 ) 2
    t 
   ij
x j   t x j
 x j x j

(11)
 (=/k) türbülans kinetik enerjisi özgül kayıp oranıdır. Bu modeldeki farklı sabitler, orijinal k-
(1)ve dönüĢtürülmüĢ k- (2) model katsayılarının interpolasyonu ile elde edilir:
  F11  ( 1  F1 )2 , örneğin:  k  F1 k1  ( 1  F1 ) k 2
ve
   F1 1  ( 1  F1 )  2
k- için 1 sabitleri:  k1  0.85 ,  1  0.5 , 1  0.075 ,    0.09 ,  1 
1  1 2

,   0.41


k- için 2 sabitleri:  k 2  1.0 ,   2  0.856 ,  2  0.0828 ,    0.09 ,  2 
 2   2 2
,   0.41



F1 fonksiyonu aĢağıdaki gibidir:



k
500

F1  tanh min mak 
; 2


 0.09y y 

 4   2 k  

;
 CD y 2  
 
k


4
y en yakın duvar uzaklığını göstermektedir.
616


1 k 
CDk  mak  2  2
; 1020 


 x j x j


Ġlave olarak, Menter, türbülans kayma gerilmesindeki taĢınım etkisini göz önüne almak amacı ile
türbülans viskozitesini aĢağıdaki gibi modifiye etmiĢtir. k- modelinin, yapılan bu değiĢiklik ile
pozitif basınç gradyanına sahip sınır tabakası akımlarının analizinde ve sınır tabakası ayrılma
yerinin belirlenmesinde SKE modeline göre daha baĢarılı olduğu görülmüĢtür. Bradshaw
hipotezine dayanarak, bir sınır tabakası içindeki kayma gerilmesi aĢağıdaki gibi ifade
edilmektedir:
  a1k
(12)
Burada sabit değer a1=0.31‘dir. (12) denkleminin sağlanması için türbülans viskozitesi yeniden
tanımlanırsa:
t 
a1k
mak a1 ;F2 


k
500
F2  tanh mak  2
; 2
 0.09y y 

,




 , ortalama vortisitenin mutlak değeri,  | u / y | olup, F2 fonksiyonu sınır tabakası akımı
için 1, serbest türbülanslı kayma tabakaları için 0 değerini almaktadır.
3.2.5.RSM modeli
(3) denkleminde görüldüğü gibi, Boussinesq yaklaĢımında, türbülans gerilmesi doğrudan
ortalama hız gradyanının varlığına bağımlı olmaktadır. Bu durumun getirdiği yetersizlikleri
ortadan kaldırmak için Reynolds gerilme tansörünün tüm bileĢenleri ve türbülans enerji kayıp
oranı için transport denklemleri kullanılmaktadır. Buna göre doğrudan hesaplanan türbülans
gerilmesi bileĢenleri (2) denklemlerinde kullanılmaktadır. Gerilmelerin doğrultuya bağlı
farklılaĢmasının göz önüne alınabildiği, ve doğrusal ve doğrusal-olmayan turbülans viskozitesi
modellerine göre daha ileri bir modelleme tekniği olduğu varsayımı ile bu yöntemler ikincimertebe kapatma modelleri olarak da anılmaktadır. RSM, eğri yörüngeli akım, akıĢkan
parçacıklarının Ģekil değiĢtirme hızındaki ani değiĢimler, ve ikincil akım etkilerini de göz önüne
alan üstünlüklere sahiptir. RSM türbülans modelinde kullanılan türbülans gerilmeleri için
transport denklemleri, Rij   ij /   uiuj yazılarak, momentum denkleminden aĢağıdaki gibi
elde edilir [Launder ve ark., 1975]:
 2 uiuj

 
1








 uk

uiu j uk 
p ui  jk  p u j  ki   
dt
t
xk
xk 

xk xk
 




 
dRij
Rij
Rij

C ij
Dijt

Dijv
u
p  u u 
u uj
 uiuk
 uj uk i   i  j   2 i
xk
xk   x j xi 
xk xk


  

u j
Pij
(13)
 ij
 ij
(13) denklemindeki terimler, Rij ‘nin: Cij konveksiyon ile taĢınımını, Dijt , türbülans difüzyonu
ile taĢınımını, Dijv , viskoz difüzyon ile taĢınımını, Pij zamansal üretim oranını,  ij , türbülans
617
basınç-Ģekil değiĢtirme hızı etkileĢimi ile taĢınımını, ve  ij , zamansal kayıp oranını temsil
etmektedir.
3.3.Serbest Yüzeyin Hesaplanmasında AkıĢkan Hacimleri (VOF) Yöntemi
Açık kanal akımlarının sayısal hesaplama ağında, sıvı ile havanın ara kesitinde bulunan, ağ
elemanları hacimlerindeki akıĢkan doluluk oranını esas alan ve AkıĢkan Hacimleri (Volume of
Fluid-VOF) adıyla anılan yöntem, açık kanal akımlarında serbest yüzey Ģeklinin belirlenmesinde
güçlü ve baĢarılı bir teknik olarak kullanılmaktadır. Bu yöntem, verilmiĢ bir sayısal hesap ağına
belirli zaman aralıklarında giren sıvının eleman hacimlerini doldurma oranlarının belirlenmesini
ve buna bağlı olarak akımda serbest yüzey profilinin seçilmiĢ zaman aralıklarında
hesaplanmasını gerçekleĢtiren bir sürece dayanmaktadır [Hirt ve Nichols, 1981]. Doluluk oranını
temsilen F=1 için ağ elemanı sıvı ile tam dolu, F=0 için boĢ (hava ile dolu), ve 0<F<1 için sıvı
ile kısmen dolu olmakta, böylece her bir zaman adımında hesap ağı içerisindeki akım yüzeyinin
konumu tespit edilebilmektedir. Herhangi bir anda temel denklemlerin sayısal çözümünden
bulunan akım hızları, profilin bir sonraki zaman adımındaki yerinin hesaplanmasında
kullanılmaktadır. Serbest akım yüzeyinin belirlenmesinde, CLEAR-VOF (Computational
Lagrangian-Eulerian Advection Remap) algoritması olarak bilinen bu yöntemin ayrıntıları
Ashgriz ve ark. (2004) tarafından verilmiĢtir.
3.4.Çözüm Bölgesi, Sınır ve BaĢlangıç ġartları
Kapak kontrollü savak akımının sayısal modeli için kullanılan çözüm bölgesinin geometrisi ve
boyutları ġekil 2‘de görülmektedir. Koordinat sisteminin orijini, çözüm bölgesinin sol alt köĢesi
olarak alınmıĢtır. Çözüm bölgesinin üst sınırı memba su seviyesinin biraz üstünde, alt sınırı ise
kanal tabanı ve savak yüzeyinden geçmektedir. Alt sınırda sıfır-hız duvar sınır Ģartı, yani u=v=0
kabulü yapılmıĢtır. Çözüm bölgesinin giriĢ sınırında, yatay hız bileĢeni üniform kabul edilmiĢ ve
kesit ortalama hızına eĢdeğer olarak u=Vo=0.071 m/s ve düĢey hız bileĢeni v=0 alınmıĢtır. Kanal
sonundaki serbest dökülme kesiti olan çıkıĢ sınırında ve çözüm bölgesinin üst sınırında basınç
Ģartı p=0 değeri kullanılmıĢtır.
y
Üst
p=0
sınır
Çözüm bölgesi
0.098 m
1.00 m
0.235 m
1.065 m
x
GiriĢ sınırı
u=0.071 m/s
v=0 m/s
F=1
ÇıkıĢ sınırı
p=0
Alt sınır
u=0, v=0
ġekil 2. Sayısal hesaplama bölgesi ve sınır Ģartları
618
Zamana bağlı çözüm sürecinde, baĢlangıç Ģartı olarak çözüm bölgesinin giriĢ sınırında doluluk
oranı F=1 alınırken, sayısal modellemede kullanılan tüm türbülans modelleri için zaman adımı
Δt=0.001 s olarak seçilmiĢtir.
(1) ve (2) temel denklemlerinin, ġekil 2‘de görülen sınır Ģartlarına göre u , v ve p için sayısal
çözümü, sonlu hacimler yöntemine dayalı ANSYS-Fluent v.12.1 paket programı kullanılarak
yapılmıĢtır.
4.DENEYSEL VE HESAPLANAN BULGULAR
4.1.Sonlu Hacimler Hesaplama Ağı
AkıĢkan akımlarının bir yapı ile etkileĢiminin söz konusu olduğu akım alanlarının sayısal
hesaplamalarında, hesaplama ağı tasarımının sonuçlar üzerinde etkili olduğu bilinmektedir. Bu
çalıĢmadaki probleme uygun hesaplama ağının oluĢturulmasında, edinilen deneyimlere bağlı
olarak, katı sınırlara doğru ve yüzey profilinde hızlı değiĢimin söz konusu olduğu bölgelerde ağ
geometrisinin sıklaĢtırılmasına çalıĢılmıĢtır. Akımın karakteri göz önüne alınarak, ġekil 2‘de
verilen sayısal çözüm bölgesi, ġekil 3‘de görüldüğü gibi, 17 alt bölgeye ayrılmıĢ, her bir alt
bölgede eleman sayısı yaklaĢık olarak %50 ve %75 artırılmak suretiyle, lineer dörtgen
elemanlardan oluĢan 3 farklı yoğunluğa sahip ağ yapısı elde edilmiĢtir. Tablo 1, sayısal
hesaplamalarda kullanılan üç farklı ağ yapısı için eleman sayılarını göstermektedir. Sayısal
çözüm alanındaki ağ yapısının yeterli sıklıkta olup olmadığı, bir baĢka ifadeyle ağ yapısından
bağımsız sayısal çözümler elde etmek amacıyla ele alınan üçlü ağ sisteminde yapılan
sıklaĢtırmanın uygunluğu, GCI (Grid convergence index-Ağ yakınsama indeksi) yöntemiyle test
edilmiĢtir [Roache, 1998]. Sonuçta, Ağ 3 sistemiyle akım hızlarındaki hataların kabul edilebilir
değerlere yakınsadığı görülmüĢ ve hesaplama hassasiyetinin ağ yoğunluğundan bağımsızlaĢtığı
kanaatine varılmıĢtır.
XIV
XV
XVI
XII
XIII
X
XI
XVII
IV VI VIII
I
II
III
V VII IX
ġekil 3. Sayısal modelin hesaplama ağında kullanılan alt bölgeler
619
Tablo 1. Üç farklı yoğunluktaki ağ yapısı için eleman sayıları
Alt Bölgeler
I
II, VI, VII
III, IV, V
VIII, IX
X, XI
XII, XIII
XIV
XV, XVI
XVII
Ağ 1
20x25
20x15
20x10
20x75
15x10
15x15
25x5
15x5
75x5
Ağ 2
40x50
40x30
40x20
35x125
30x20
30x30
50x5
30x5
125x5
Ağ 3
80x100
80x60
80x40
70x250
60x40
60x60
100x10
60x10
250x10
4.2.Deneysel Ve Hesaplanan Hız Profilleri
Yukarıda sıralanan türbülans kapatma modellerinin doğrulanması bağlamında, deneysel ve
sayısal hesap bulgularının farklı modeller için niceliksel olarak karĢılaĢtırılmasında aĢağıda ifade
edilen ortalama karesel hata (OKH) değeri ölçüt olarak kullanılmıĢtır:
OKH 
1
N
N
 (u
n 1
d
 uh ) 2
(14)
Burada, ud ve uh sırasıyla deneysel ve hesaplanan hız değerleri, N kesit derinliğindeki noktasal
ölçüm sayısıdır. Tablo 2, kanalın farklı kesitlerinde, bu çalıĢmada kullanılan türbülans modelleri
için hesaplanan OKH değerlerini göstermektedir. Tabloda görülen parantez içindeki rakamlar,
OKH değerleri baz alınarak, ilgili türbülans modeli bulgularının, deneysel bulgulara olan
yakınlığı ile ilgili sıralamayı göstermektedir. Tablodan görüldüğü gibi, RKE türbülans modeli,
savak yapısının membasında (x=0.90 m) ve mansabında (x=1.60, 1.80, 2.00 ve 2.20 m), yani
kritik-altı ve kritik-üstü üniform akım bölgelerinde, diğer modellerden daha iyi sonuçlar
vermektedir. Savak üzerindeki kesitlerde (x=1.00, 1.10, 1.18 ve 1.235 m) ise, yani, akımda hızlı
Ģekil değiĢtirmelerin ve eğriselliğin baskın olduğu yerlerde, herhangi bir modelin belirgin Ģekilde
üstünlük sağladığı görülmemektedir. Tablo 2‘nin son satırında çözüm bölgesinin tüm kesitleri
için ortalama OKH değerleri verilmiĢtir. Bu değerlerden, kritik-altı rejimden kritik-üstü rejime
geçiĢin söz konusu olduğu savak civarı karmaĢık akım bölgesini de içeren inceleme konusu akım
bölgesinin tümü için, kullanılan modeller arasında RKE, RNG, RSM, SST ve SKE Ģeklinde bir
baĢarı sıralaması yapmak mümkündür. Diğer taraftan, bu çalıĢmada kullanılan akım
koĢullarında, savak memba ve mansabındaki açık kanal akımlarında RSM modelinin beklenen
ölçüde baĢarılı olmamasına karĢın, SKE‘den türetilmiĢ RKE ve RNG modellerinin genel olarak
daha baĢarılı olduğu görülmektedir. ġekil 4‘de, kanalın farklı kesitlerinde ölçülen yatay hız
profilleri ile bu ölçümlere OKH değeri bakımından en yakın üç farklı türbülans modelinden
hesaplanan hız profilleri verilmiĢtir. ġekilde görüldüğü gibi, her bir kesitte birinci sırada yer alan
türbülans modeli bulguları deneylerle gayet iyi uyum sağlamaktadır.
620
Tablo 2. Bu çalıĢmada kullanılan türbülans modelleri için OKH değerleri
Kesit yerleri, x (m)
Savak
membasında
Savak
üstünde
Savak
mansabında
Ort. OKH
SKE
RNG
RKE
SST
RSM
0.90
0.0000175(4)
0.0000038(2)
0.0000034(1)
0.000081(5)
0.0000089(3)
1.00
0.000307(3)
0.000134(1)
0.000138(2)
0.00110(5)
0.000489(4)
1.10
0.0140(5)
0.000608(2)
0.000729(4)
0.00059(1)
0.000622(3)
1.18
0.0017
(3)
1.235
0.0139(5)
0.0032(2)
0.0093(4)
0.0022(1)
0.0075(3)
1.60
0.0068(4)
0.0055(2)
0.0042(1)
0.0242(5)
0.006(3)
1.80
0.0022(2)
0.0034(4)
0.0018(1)
0.0046(5)
0.0028(3)
2.00
0.0024(3)
0.0016(2)
0.0014(1)
0.0025(4)
0.0030(5)
2.20
0.0045(5)
0.00094(3)
0.00059(1)
0.00088(2)
0.0014(4)

0.0522(5)
0.002134(2)
0.002132(1)
0.004471(4)
0.002585(3)
0.0031
(4)
0.00016
(1)
0.0057
(5)
0.00081(2)
4.3.Deneysel Ve Hesaplanan Su Yüzü Profilleri
Bu çalıĢmadaki sayısal hesaplamalarda, su yüzü profilinin hesabında akışkan hacimleri (VOF)
yöntemi kullanılmıĢtır. ġekil 5‘de en iyi üç modelden (RKE, RNG, RSM) bulunan akım
profillerinin deney ile karĢılaĢtırılması verilmiĢtir. ġekilde görüldüğü gibi, akım hızlarına benzer
Ģekilde, RKE ve RNG türbülans modellerinden hesaplanan su yüzü profilleri, ölçülen su yüzü
profili ile oldukça uyumludur. Kapak mansabındaki savak-üstü akımında, her üç modelin su
yüzü hesabı birbirine çok yakın olmasına karĢın, kapak membasında RSM‘nin diğerlerine
kıyasla daha baĢarısız olduğu görülmektedir. SST ve SKE ile hesaplanan su yüzü profilleri, diğer
modellere göre daha baĢarısız olduğundan Ģekil üzerinde gösterilmemiĢtir.
621
ġekil 4. Kanalın farklı kesitlerinde deneysel ve hesaplanan hız profilleri
622
ġekil 5. Deneysel ve hesaplanan su yüzü profilleri.
4.4.Hesaplanan Akım çizgileri
ġekil 6‘da, kapak kontrollü savak akımının sayısal hesaplamalarından elde edilen akım çizgileri
görülmektedir. Savağın hemen membasındaki ayrılma bölgesi, tüm türbülans modellerinde
açıkça yer almakta, boyut ve Ģekil itibariyle benzer özellikler göstermektedirler. Bununla
birlikte, SKE modeliyle hesaplanan akım çizgileri topolojisinde, savak üstünde oluĢması
beklenen sınır tabakası ayrılmasının, çok etkisiz kaldığı görülmektedir. Bu sonuç, SKE
modelinin sınır tabakası ayrılmasının var olduğu akım problemlerinin analizinde yetersiz kaldığı
gerçeği ile bağdaĢmaktadır. ġekil 6‘daki model bulgularının karĢılaĢtırılmasından, savak
üzerinde, RKE, RNG ve RSM modellerinin benzer boyutlarda ayrılma bölgesi üretmesine karĢın,
SST modelinin mevcutlar arasında en büyük ayrılma bölgesi hesapladığı görülmektedir.
(a) SKE
(b) RNG
(d) SST
(e) RSM
(c) RKE
ġekil 6. Farklı türbülans modelleri ile hesaplanan akım çizgileri
5.SONUÇLAR
Kapak kontrollü geniĢ baĢlıklı savak akımını idare eden temel denklemlerin, sonlu hacimler
yöntemine dayalı ANSYS-Fluent paket programı yardımıyla sayısal çözümleri yapılmıĢtır.
Serbest su yüzünün profili akışkan hacimleri (VOF) yöntemi ile hesaplanmıĢtır. SKE, RNG,
623
RKE, SST ve RSM türbülans modelleri kullanılarak hesaplanan akım hızları ve su yüzü
profilleri, fiziksel model üzerinde Lazer Doppler Anemometresi ile ölçülen deneysel bulgularla
karĢılaĢtırılmıĢtır. Sayısal modellemede, katı sınır sürtünmelerinden etkilenen yerlerde ve yüzey
profilinde hızlı değiĢimin görüldüğü bölgelerde ağ yapısında uygulanan sıklaĢtırmaların, sayısal
hesap bulgularını olumlu yönde etkilediği görülmüĢtür. Bu çalıĢmadaki akım hızları ve su yüzü
profillerinin deneysel ve sayısal hesaplama bulgularının karĢılaĢtırılmasından, RKE ve RNG
türbülans modellerinin diğer modellere göre genelde daha baĢarılı olduğu sonucuna varılmıĢtır.
Özellikle, memba ve mansaptaki üniform akım bölgelerinde RKE modelinin belirgin bir
üstünlüğü söz konusudur. Diğer taraftan, RSM‘nin, aĢırı deformasyon hızlarının ve eğriselliğin
baskın olduğu karmaĢık akım problemlerinin analizi için bu modelin teorik yapısında
gerçekleĢtirilen iyileĢtirmelere karĢın, bununla orantılı bir baĢarı düzeyine ulaĢmadığı
görülmüĢtür.
KAYNAKLAR
1. Ashgriz, N., Barbat, T., Wang, G., (2004). ―A computational Lagrangian-Eulerian advection
remap for free surface flows‖, International Journal for Numerical Methods in Fluids, 44, 1-32.
2. Hirt, C.W., Nichols, B.D., (1981). ―Volume of fluid (VOF) method for the dynamics of free
boundaries‖, Journal of Computational Physics, 39, 201-225.
3. Kırkgöz, M.S., Aköz, M.S. Öner, A.A., (2008). ―Experimental and theoretical analyses of 2D
ﬂows upstream of broad-crested weirs‖, Canadian Journal of Civil Engineering, 35(9), 975–986.
4. Kırkgöz, M.S., Aköz, M.S., Öner, A.A., (2009). ―Numerical modeling of ﬂow over a chute
spillway‖, Journal of Hydraulic Research. 47(6), 790–797.
5. Launder B. E. ve Spalding D. B., (1972). ―Lectures in Mathematical Models of Turbulence‖,
Academic Press, London.
6. Launder, B. E., Reece, G. J., Rodi, W., (1975). ―Progress in the development of a Reynoldsstress turbulent closure‖, Journal of Fluid Mechanics, 68(3), 537-566.
7. Menter, F.R., (1994). ―Two-equation eddy-viscosity turbulence models for engineering
applications‖, AIAA Journal, 32/8, 1598-1605.
8. Roache, P.J., (1998). ―Verification of codes and calculations‖, AIAA Journal, 36(5), 696-702.
9. Sarker, M.A., Rhodes, D.G., (2004). ―Calculation of free-surface profile over a rectangular
broad-crested weir‖, Flow Measurement and Instrumentation, 15, 215-219.
Shih, T.-W., Liou, W.W., Shabbir, A., Yang, Z., Zhu, J., (1995). ―A new k-ε eddy-viscosity
model for high Reynolds number turbulent flows - model development and validation‖,
Computers and Fluids, 24(3), 227–238.
10. Wilcox, D.C., (2000). ―Turbulence Modeling For CFD‖, DCW Industries, Inc., California.
Yakhot, V., Orszag, S. A., (1986). ―Renormalizatıon group analysis of turbulence. I. Basic
Theory‖, Journal of Scientific Computing, 1(1), 3-51.
11. Yakhot, V., Orszag, S.A., Thangam, S., Gatski, T.B., Speziale, C.G., (1992). ―Development
of turbulence models for shear flows by a double expansion technique‖, Physics of Fluids, 4(7),
1510-1520.
624
KÖPRÜ MEMBASINDA MEYDANA GELEN KABARMALARIN
3-BOYUTLU SAYISAL MODEL ĠLE BELĠRLENMESĠ
Selahattin KOCAMAN
Mustafa Kemal Üniversitesi, ĠnĢaat Mühendisliği Bölümü, HATAY
[email protected]
Galip SEÇKĠN
Çukurova Üniversitesi, ĠnĢaat Mühendisliği Bölümü, ADANA
[email protected]
Kutsi S. ERDURAN
Niğde Üniversitesi, ĠnĢaat Mühendisliği Bölümü, NĠĞDE
[email protected]
ÖZET
Son yıllarda, hesaplamalı akıĢkanlar dinamiği (HAD) esaslarına dayanan sayısal modeller
değiĢik su yapılarına sahip serbest su yüzü akımlarının benzeĢim çalıĢmaları için güvenle
kullanılan araçlar olmuĢlardır.. Bu çalıĢmada, 3-boyutlu Reynolds Ortalamalı Navier Stokes
denklemlerinin çözümüne dayalı olarak ticari amaçlı geliĢtirilen FLOW-3D isimli yazılımın,
köprü membasında meydana gelen kabarmaların tayini için kullanılabilirliği araĢtırılmıĢtır.
Yazılım, laboratuar ortamında tek açıklıklı ve yarı dairesel bir köprüye sahip bileĢik bir kanalda
serbest su yüzü akım durumuna ait deney verileri kullanılarak test edilmiĢtir. Deneysel ve sayısal
sonuçlar karĢılaĢtırılmıĢ ve FLOW-3D yazılımından elde edilen su yüzü profillerinin ve köprü
membasındaki maksimum kabarma miktarlarının deneysel sonuçlara oldukça yakın olduğu tesbit
edimiĢtir.
Anahtar Kelimeler: Kabarma, sayısal model, köprü, su yüzü profili, FLOW-3D.
ESTIMATION OF BRIDGE BACKWATER USING
3D NUMERICAL MODEL
ABSTRACT
Computational fluid dynamics (CFD) models have recently become well established as tools for
simulation of free surface flow over a wide range of hydraulic structures. This study is an
assessment of the performance of commercially available FLOW-3D numerical software, which
solves the (3D) Reynolds-averaged Navier – Stokes equations, for the prediction of backwater
profiles upstream of a bridge. The model was tested on an available experimental flow data in a
compound channel with a single opening semi-circular arch bridge. The numerical results were
compared with the experimental data. The comparisons indicate that the computed and measured
water surface profiles and the afflux values are in good agreement.
625
Keywords: Backwater, numerical model, bridge, free surface profile, FLOW-3D.
1.GĠRĠġ
Köprüler ulaĢım sağlamak amacıyla akarsular üzerine inĢa edilen yapılardır. Son yıllarda ağır
hasar gören veya yıkılan akarsu köprüleri için yürütülen çalıĢmalar, hasar nedenlerinin çoğunun
hidrolik etkenlerden kaynaklandığını ortaya koymuĢtur. Köprüler üzerinden yapılan akarsu
geçiĢinin güvenliği, yapısal tasarımın yanında iyi bir hidrolik tasarıma da bağlıdır. Doğal
akarsular üzerinde bulunan köprülerin analizinde iki ana problem ile karĢılaĢılmaktadır.
Bunlardan ilki, yağıĢ miktarının bol olduğu aylarda veya taĢkınlar sırasında, yüksek debiden
dolayı köprü ayakları civarında oluĢan yerel oyulmalardır. Köprülerin sebep olduğu diğer temel
problem ise; köprünün akarsu kesitini daraltmasından dolayı membasında oluĢacak
kabarmalardır.
Bir akarsu enkesitine inĢa edilen bir köprünün akım önünde bir engel oluĢturarak bu kesitte
yaratacağı daralma nedeniyle köprü membasındaki su seviyesindeki yükselme kabarma olarak
adlandırılmaktadır (ġekil 1). Bu yükselmenin nedeni daralan kesitteki minimum özgül enerjinin
yaklaĢan akımın özgül enerjisinden büyük olmasıdır. Köprü membasında su seviyesi yükselerek,
gelen akımın özgül enerjisi artar ve daralan kesitte kritik akım oluĢması sağlanır. Böylelikle
akarsudaki aynı debinin köprü açıklığından geçmesi mümkün olur. Kabarma miktarı; akım
Ģiddeti (debi), köprünün geometrik Ģekli, köprü açıklığı ile köprü açıklığının akarsudaki
pozisyonu (akım doğrultusuna göre açılı durması), ayak geometrisi vb. parametrelere bağlı
olarak değiĢebilir. Örneğin köprü membasında taĢkın durumundaki kesit alanına kıyasla, köprü
açıklığı ne kadar küçükse membadaki kabarma miktarı da o kadar büyük olacaktır. Pratikte
birkaç santimetreden birkaç metreye kadar değiĢebilen büyüklüklerde kabarma derinlikleri
oluĢabilir [Seçkin ve ark., 2000].
Kabarma etkisindeki su yüzü profili
Maksimum kabarma (dh)
köprü
normal su yüzü profili
Akarsu yatağı
ġekil 1. Köprü membasında meydana gelen kabarmanın Ģematik gösterimi
Akarsuda meydana gelen Ģiddetli taĢkınlar sırasında kabarma miktarının büyük olması, özellikle
yerleĢim bölgelerindeki mevcut köprülerin membasında kalan kısımlar için önemli bir risk
oluĢturur. Bu nedenle, köprünün akarsu kesitinde oluĢturduğu daralma nedeniyle köprü
membasında oluĢan maksimum kabarmanın ve su yüzü profillerinin doğru olarak belirlenmesi;
yapıların tasarımında ve iĢletilmesinde, taĢkın esnasında su altında kalabilecek muhtemel
alanların tespit edilmesinde, oluĢabilecek zararların tahmininde ve önleyici tedbirlerin alınması
açısından oldukça önemli olmaktadır.
Günümüzde doğal akarsular üzerinde inĢa edilen köprülerin neden olduğu kabarma yüksekliğini
tam olarak hesaplayan bir yöntem geliĢtirilememiĢtir. Yaygın olarak amprik ifadeler ve bir
626
boyutlu sayısal modeller kullanılmaktadır. Literatürde çoğunlukla D‘Aubuisson, Weisbach,
Nagler, Lane, Yarnell, Kindswater, Izzard, Biery ve Delleur, Bradley (USBPR) yöntemleri ele
alınmaktadır [Kelly and Wasley, 1997]. Bu yöntemlerin yanı sıra, baĢta ISIS [HR Wallingford,
1995] ve HEC-RAS [U.S Army Corps of Engineers, 1995] olmak üzere çok sayıda 1 boyutlu
paket programlar da bu amaç için kullanılmaktadır. Basit ampirik ifadeler ve 1 boyutlu modeller
olmalarına karĢın, bu yöntemler, az veri kullanarak fazla çaba gerektirmeden kısa sürede sonuç
alınabilinmesine olanak sağladıkları için günümüzde halen yaygın olarak kullanılmaktadır.
GeliĢen bilgiyar teknolojisi ve yazılımların ekonomik hale gelmesi ile birlikte, 3-boyutlu
Reynolds ortalamalı Navier-Stokes (RONS) denklemlerinin sayısal çözümlerine dayanan
Hesaplamalı AkıĢkanlar Dinamiği (HAD) yazılımları, içerisinde akıĢkanın olduğu hemen her
alanda yaygın olarak kullanılmaya baĢlanmıĢtır. Bilgisayar çözüm süreleri açısından makul
seviyelere inilmesine karĢın, bu yazılımlar ile oluĢturulan modellerin gerçeği ne oranda
yansıttığının belirlenebilmesi için, arazi verileri ve/veya kontrol edilebilir laboratuvar
koĢullarında elde edilmiĢ deneysel veriler ile doğrulanmaları gerekmektedir [Kocaman ve ark.,
2010].
Bu çalıĢmada, köprülerin hidrolik tasarımında belirlenmesi gereken baĢlıca parametrelerden biri
olan köprü membasındaki kabarma yükseklikleri, HAD esaslarına dayanan 3-boyutlu bir sayısal
yazılım kullanarak elde edilmiĢ ve bu tür yazılımların mevcut problemi çözebilme kabiliyeti
incelenmiĢtir. Sayısal modelin oluĢturulmasında FLOW-3D HAD yazılımı kullanılmıĢtır.
Labaratuvar ortamında bileĢik enkesite sahip bir kanal içerisine yerleĢtirilen yarı darisel tek
açıklığa sahip bir köprü modeli kullanılarak, beĢ farklı debi değeri için ölçülmüĢ su yüzü
profilleri ve maksimum kabarma miktarları sayısal çözüm sonuçları ile karĢlılaĢtırılmıĢtır.
2.DENEY DÜZENEĞĠ VE YÖNTEMĠ
Deneysel çalıĢma, Birmingham Üniversitesi Hidrolik Laboratuvarında bulunan 18 m
uzunluğunda, 1.20 m geniĢliğinde ve 0.40 cm yükseklğinde bileĢik enkesite sahip kanalda
gerçekleĢtirilmiĢtir. Kanal enkesiti 0.398 m geniĢliğinde bir ana yatak ve 0.4073 m geniĢliğinde
iki simetrik taĢkın yatağından oluĢmaktadır (ġekil 2). Ana yatak ve taĢkın yatakları düzgün
yüzeyli PVC malzemeden yapılmıĢtır. Kanal yatağı eğimi 2.024x10-3 olarak belirlenmiĢtir. Su
yüzü profilleri, ölçüm hassasiyeti 0.1 mm olan ayarlanabilir noktasal derinlik ölçerler (pointer
gauges) yardımıyla belirlenmiĢtir. Q=21 l/s‘den 35 l/s‘ye kadar 5 farklı debi değeri için su yüzü
profilleri ve maksimum kabarma yükseklikleri (afflux) belirlenmiĢtir. Kanal mansabında bulunan
3 adet keskin kenarlı, ayarlanabilir, dikdörtgen savaklar yardımıyla herbir deney için üniform
akım derinlikleri belirlenmiĢtir. Seviye debi iliĢkileri belirlendikten sonra köprü modeli
mansaptan 8 m uzaklıktaki bir mesafede kesit üzerine yerleĢtirilmiĢtir. Köprü geniĢliği 10 cm
olup yarı dairesel tek açıklığa sahip köprü modeli kullanılmıĢtır. Debi değerleri kanala su
taĢıyan borular üzerinde bulunan eloktromanyetik akım ölçer ve venturimetre yardımıyla
belirlenmiĢtir.
Su yüzeyi
230 mm
199 mm
h=50 mm
170 mm
PVC malzeme
407.3 mm
199 mm
199 mm
407.3 mm
ġekil 2. BileĢik kanala yerleĢtirilen yarı daire kesitli köprü modeli
627
3.SAYISAL YÖNTEM
3.1.FLOW-3D Hesaplamalı AkıĢkanlar Dinamiği Yazılımı
Sayısal çalıĢmada, FLOW-3D hesaplamalı akıĢkanlar dinamiği (HAD) yazılımı kullanılmıĢtır.
Özellikle, serbest yüzeyli akımların çözümünde oldukça baĢarılı olan bu yazılım ile 3-boyutlu
Reynolds Ortalamalı Navier-Stokes (RONS) denklemleri sonlu hacimler yöntemi kullanılarak
çözülmektedir. Sayısal hesaplamalar, dikdörtgen hücrelerden oluĢan bir çözüm ağı üzerinde
yapılmakta ve problem geometrisi daha sonra bu ağ üzerinde ilgili hücrelerin engellerle
kapatılmasıyla elde edilmektedir. Yazılım, serbest yüzeyli problemlerin çözümü için akıĢkan
hacmi (VOF-Volume of Fluid) yöntemini kullanmaktadır [Hirt and Nichols, 1981]. Türbülans
büyüklüklerinin hesabı için k- modeli, Prandtl karıĢma boyu modeli, türbülans enerji modeli,
RNG (Renormalized Group) model ve LES (Large-Eddy Simulation) modeli gibi farklı alternatif
metotlar sunulmaktadır [Flowscience, 2010].
3.2.Çözüm Bölgesi, Sınır ve BaĢlangıç ġartları
Sayısal çalıĢmada, deney düzeneği boyutları dikkate alınarak 1800 cm uzunluğunda, 60 cm
geniĢliğinde ve 20 cm yüksekliğinde dikdörtgen hücrelerden oluĢan bir çözüm bölgesi
tanımlanmıĢ ve problemin 3 boyutlu modeli oluĢturulmuĢtur. Problemin simetrik özelliğe sahip
olmasından dolayı, çözüm süresini kısaltmak amacıyla kanal geniĢliğinin yarısı modellenmiĢtir.
BaĢlangıç Ģartı olarak, deneysel çalıĢmada herbir debi değeri için elde edilmiĢ üniform akım
derinlikleri ve kanal içerisindeki hesaplanan ortalama akım hızlarına sahip bir akıĢkan hacmi
baĢlangıç Ģartı olarak tanımlanmıĢtır. Memba ucunda sınır Ģartı olarak ―debi‖ (discharge)
değerleri girilmiĢ, mansap ucunda ise ―basınç‖ seçilerek buradaki su seviyesinin üniform akım
derinliğinde olması sağlanmıĢtır. Kanal yan duvarı ve kanal tabanında sınır Ģartı; ―duvar‖ (wall)
olarak tanımlanmıĢtır. Katı sınır yüzeylerinde kaymama (no-slip) sınır koĢulu uygulanmıĢtır.
Dolayısıyla cidar yüzeylerinde yatay ve düĢey doğrultudaki hız bileĢenleri sıfır olmaktadır.
Kanal kesitinin simetik olmasından dolayı diğer kenar ―simetri‖ olarak tanımlanmıĢtır. Çözüm
bölgesinin üst sınırında ise sınır Ģartı olarak ―simetri‖ alınmıĢtır. Bu sınır Ģartı seçildiğinde,
yerçekiminden dolayı herhangi bir etki olmadığı için serbest yüzeyde atmosfer basıncının etkili
olduğu kabul edilmektedir. Su yüzeyi, ―akıĢkan hacmi‖ (volume of fluid, VOF) yaklaĢımı ile
belirlendiğinden su hava arakesitinde sıfır kayma gerilmesi ve sabit atmosfer basıncı etkili
olmaktadır. Yapılan çalıĢmada, k- türbülans modeli kullanılmıĢtır.
Flow-3D programında, dikdörtgen hücrelerden oluĢan bir çözüm ağı kullanılmaktadır. Ağ
aralıklarının küçük olması çözüm hassasiyetini artırırken, bilgisayar ortamında çözüm süresini
uzatmaktadır. Yapılan çalıĢmada, farklı ağ aralıkları kullanılarak denemeler yapılmıĢ ve
köprünün memba kısmındaki su yüzü profili ve maksimum kabarma miktarları üzerindeki etkisi
incelenmiĢtir. Bu çalıĢmada çözüm süreside göz önüne alınarak x, y ve z doğrultularında 1 cm
olan üniform ağ aralığının kullanılmasına karar verilmiĢtir. Çözüm bölgesi toplam 2160000 adet
dikdörtgen hücreye bölünmüĢtür. Model kanal içerisinde kararlı akım elde edilinceye kadar
sayısal çözüm devam ettirilmiĢ ve toplam modelleme süresi 400 s olduğunda çözüm
sonlandırılmıĢtır. Gerçek çözüm süresi modelleme süresine kıyasla çok daha uzun sürmektedir.
Çözüm hızını arttırmak amacıyla önce kaba ağ aralıkları (2 cm) kullanılarak çözüm yapılmıĢ
daha sonra ağ aralıkları sıklaĢtırılarak 1 cm üniform ağ aralığı ile akım kararlı hale gelen kadar
çözüme devam edilmiĢtir. Pentium Intel Core2Duo E7200 2.53GHz 2GB RAM özelliklere sahip
bigisayar ile her bir problem için 400s‘lik modelleme süresi yaklaĢık olarak 140 saat sürmüĢtür.
628
SĠMETRĠ
(a)
SU YÜKSEKLĠĞĠ
DEBĠ
Köprü
z
hn
Z1=0
Başlangıç şartı
x
zmin=-5
xmin=0
xmax=1800
xb=800
DUVAR
Hücre sayısı = 1800
SĠMETRĠ
zmax=15
Başlangıç şartı
Z2= 5
hn
z
Bileşik kanal
Z1= 0
zmin=-5
ymax=60.63
DUVAR
y1=19.9
y
SĠMETRĠ
DUVAR
Köprü
(b)
ymin=0
(c)
z
x
y
ġekil 3. Çözüm bölgesi ve sınır Ģartları a) Boy kesit b) Enkesit c) 3-boyutlu görünüm
ġekil 4‘de Q=30 l/s için sayısal olarak elde edilmiĢ olan köprünün olmadığı durumdaki normal
su yüzü profili ve köprünün varlığı durumunda elde edilen kabarmıĢ su yüzü profili
görülmektedir. Deneysel verilerde köprünün x=59 m de olmasından dolayı sayısal olarak elde
edilen veriler karĢılaĢtırma yapabilmek amacıyla bu koordinatlara taĢınmıĢtır. Köprü yok iken
kanal boyunca üniform akım derinliği meydana gelmektedir. Köprünün yerleĢtirilmesi ile birlikte
memba kısmında su seviyesinde belirgin bir artıĢ meydana gelmekte ve kabarma profili
oluĢmaktadır. Akım köprü açıklığından geçerken su seviyesi hızla azalmakta ve köprü mansap
629
zmax=15
kısmında üniform akım derinliğine ulaĢana değin su yüzeyinde dalgalanmalar oluĢmaktadır. Bu
durum ġekil 5‘de 3-boyutlu olarak görülmektedir.
Köprü
Q=30 l/s
Seviye (mm)
250
Normal profil
KabarmıĢ profil
Kanal yatağı
200
150
100
55
57
59
61
63
65
Mesafe (m)
ġekil 4. Q=30 l/s için memba ve mansapta elde edilmiĢ normal ve kabarmıĢ su yüzü profilleri
Köprünün memba kısmında nehir rejiminde olan akım köprü açıklığı geçilirken kritik derinlikten
geçerek hemen mansap kısmında sel rejimi koĢullarına sahip olmaktadır. Mansabın ileri
kısımlarında üniform akım derinliğine ulaĢıldıktan sonra kanal içerisinde tekrar nehir rejimi söz
konusu olmaktadır. Bilindiği gibi sel rejiminden nehir rejimine geçiĢ ancak hidrolik sıçrama ile
mümkün olabilmektedir. Köprünün hemen mansabında gözlenen dalgalanmalar hidrolik
sıçramanın, dalgalı hidrolik sıçrama olduğu izlenimini vermektedir. Dalgalı hidrolik sıçramalar
Froud (Fr) sayılarının 1-1.7 arasında olması durumunda oluĢmaktadır [Chow, 1973]. Yapılan
çalıĢmada, kullanılan 5 farklı debi değeri için aynı akım davranıĢı gözlenmiĢtir (ġekil 6) ve
köprünün mansap kısmında sayısal olarak elde edilen Fr sayılarının 1-1.8 arasında olduğu
görülmüĢtür. Bu durum, köprü mansabında su yüzeyinde meydana gelen dalgalanmaların sebebi
hakkında fikir vermekle birlikte dalgalanmaları tek baĢına hidrolik sıçrama ile açıklamak yeterli
olmayacaktır. Kesitin darlaĢmasından dolayı genellikle köprü açıklığı içerisinde oluĢan jet
akımının, köprünün hemen mansabındaki geniĢleme bölgesine giriĢimi sonucunda, bu bölgede
güçlü türbülans difüzyonu ve karıĢımı ile birlikte önemli miktarda enerji kayıpları meydana gelir.
Bu hallerde hidrolik sıçrama söz konusu olmadan da (sel rejiminden nehir rejimine geçiĢ
olmadan) köprü mansabında dalgalanmalar gözlenecektir [Biglari ve Sturm, 1998].
ġekil 5. Su yüzü profilinin 3-boyutlu görüntüsü
ġekil 6‘de 5 farklı debi değeri için sayısal olarak elde edilen su yüzü profillerinin deney
sonuçları ile karĢılaĢtırılması görülmektedir. Düz çizgiler sayısal sonuçları geometrik
sembollerde farklı debiler için ölçülmüĢ deney sonuçlarını göstermektedir. Deneysel çalıĢmada
630
sadece memba kısmındaki su yüzü profilleri elde edilmiĢtir. Bu nedenle sadece membadaki
kabarmalar (su yüzü profilleri) karĢılaĢtırılabilmiĢtir. ġekil 6‘ya bakıldığında köprünün memba
kısmında deneysel olarak ölçülen ve sayısal olarak hesaplanan kabarmıĢ su yüzü profilleri
arasında oldukça iyi bir uyum olduğu görülmektedir.
ġekil 6. Farklı debiler için deney ve sayısal su yüzü profillerinin karĢılaĢtırılması
Günümüzde köprülerin hidrolik tasarımı ile ilgili olarak yapılan çalıĢmaların temel amaçlarından
biride köprünün membasında meydana gelen maksimum kabarmanın doğru olarak
hesaplanmasıdır. Maksimum kabarma miktarı, köprülü ve köprüsüz durumda köprü membasında
su seviyeleri arasındaki ölçülen maksimum fark olarak tarif edilir. Bu nedenle kullanılan sayısal
modelin maksimum kabarma miktarını hesaplama kabiliyeti de irdelenmelidir. Bu amaçla, 5
farklı debi değeri için köprünün membasında ölçülmüĢ ve hesaplanmıĢ maksimum kabarma
miktarları da karĢılaĢtırılmıĢtır (ġekil 7). Görüldüğü gibi deney ve sayısal sonuçlar arasında
oldukça iyi bir uyum bulunmaktadır. Ayrıca, aĢağıdaki ifade ile 5 farklı debi için ortalama
mutlak yüzde hata belirlenmiĢtir.
Ortalama Mutlak Yüzde Hata 
1 N Yi ölçülmüş  Yi hesaplanmış
x100

N i1
Yi ölçülmüş
(1)
ÖlçülmüĢ ve hesaplanmıĢ değerler arasındaki ortalama mutlak yüzde hata %2 olarak
hesaplanmıĢtır. Bu durum HAD esasına dayanan 3-boyutlu sayısal modelin maksimum kabarma
miktarını oldukça iyi oranda belirleyebildiğini ortaya koymaktadır.
631
70
Maksimum kabarma
FLOW-3D (mm)
60
50
40
30
20
20
30
40
50
Deney (mm)
60
70
ġekil 7. Deney ölçümlerinden ve sayısal sonuçlardan elde edilen maksimum kabarma
miktarlarının karĢılaĢtırılması
ġekil 8‘de 5 farklı debi değeri için sayısal olarak elde edilmiĢ debi-maksimum kabarma grafiği
görülmektedir. Beklendiği gibi ayrıca debi değeri arttıkça köprü membasında meydana gelen
maksimum kabarma miktarının da arttığı gözlenmektedir. Ayrıca debi ve maksimum kabarma
miktarı arasında doğrusal bir iliĢki göze çarpmaktadır.
Maksimum Kabarma (mm))
65
55
45
35
25
20
25
30
35
Debi (l/s)
ġekil 8. Debi-Maksimum kabarma miktarı eğrisi
FLOW-3D ile yapılan çözümlerde gerek su yüzü profilleri gerekse maksimum kabarma
miktarları açısından oldukça iyi sonuçlar alınmasına karĢın, 3-boyutlu modeldeki temel sorun
bilgisayar ortamında çözüm süresinin oldukça uzun zaman almasıdır. Özellikle problemin büyük
ölçekte 3-boyutlu bir yapıya sahip olması ve problemin z doğrultusunun x doğrultusuna kıyasla
oldukça küçük olmasından dolayı daha hassas sonuçlar alabilmek için ağ aralıklarının sıkı
tutulmak istenmesi çözüm süresini oldukça arttırmaktadır.
632
5.SONUÇLAR
Yapılan model çalıĢmaları ve elde edilen verilerin karĢılaĢtırılması sonucunda, ölçülmüĢ ve
hesaplanmıĢ su yüzü profilleri ve maksimum kabarma derinlikleri arasında oldukça iyi bir uyum
olduğu görülmüĢtür.
Sonuç olarak ta FLOW-3D yazılımın bu çalıĢma kapsamında tarif olunan akım durumlarının
benzeĢim çalıĢmalarında güvenle kullanılabileceği ve köprülerin hidrolik tasarımında, etkili bir
araç olabileceği kanaatine varılmıĢtır.
Bu çalıĢma ayrıca çok sayıda hücreden oluĢan bir ağ sistemi üzerinde yapılan bu ve benzeri
benzeĢim çalıĢmalarının çözüm süresinin oldukça uzun zaman aldığını ve optimum hücre
sayısının ve oryantasyonunun çözüm süresini kısalığı açısından bu tip çalıĢmalarda ne derece
önemli olduğunu bir kez daha göstermiĢtir.
KAYNAKLAR
1. Biglari, B., Sturm, T.W., ―Numerical modeling of flow around bridge abutments in compound
channel‖, J. Hydraulic Engng. 124(2), 156-164, 1998.
2. Chow, V.T., Open Channel Hydraulics, McGrawHill International., New York, USA, 1973.
3. FLOW SCIENCE Inc., Flow-3D User‘s Manuals, Santa Fe, N.M., 2010.
4. Hirt, C.W., Nichols, B.D., ―Volume of fluid method for the dynamics of free boundaries‖, J.
Comput. Phys., 39(1), 201-225, 1981.
5. HR Wallingford, ISIS FLOW User‘s Manuel, England, 1995.
6. Kelly, J.K., and Wasley, P.J., ―Analysis of alternatives for computing backwater at bridges‖,
Journal of Hydraulic Engineering. 123:(9), 1997.
7. Kocaman, S., Seckin G., Erduran, K.S., ―3D model for prediction of flow profiles around
bridges‖, Journal of Hydraulic Research, 48(4): 521 — 525, 2010.
8. Seçkin G., Atabay, S., Erduran, K.S., Yurtal, R., ―Akarsular üzerindeki köprülerin sebep
olduğu kabarmaların tayini‖, ĠMO Teknik Dergi, 2231-2240, 2000.
9. U.S Army Corps of Engineers, HEC-RAS River analysis sistem hydraulic reference manual,
Hydrologic Engirg., Davis, Calif., 1995.
633
SAZLIDERE HAVZASI’NIN HĠDRODĠNAMĠK MODELĠ
Sezar GÜLBAZ
Ġstanbul Üniversitesi, ĠnĢaat Mühendisliği Bölümü, ĠSTANBUL
[email protected]
Cevza Melek KAZEZYILMAZ ALHAN
[email protected]
ÖZET
Ġstanbul‘un gelecekteki içme suyu ihtiyacının karĢılanabilmesi için su kaynaklarının korunması
ve geliĢtirilmesi büyük önem taĢımaktadır. Yıllık ortalama 55 milyon metreküp su sağlanan
Sazlıdere Havzası Ġstanbul‘un önemli içme suyu havzalarından biridir. Sazlıdere Havzası
Ġstanbul‘un kentsel sınırları dıĢında kalan kırsal bir bölge olmasına rağmen bu bölgedeki hızlı
nüfus artıĢı ve bu nüfusun bölgedeki su kaynakları için oluĢturduğu tehlike havzayı büyük ölçüde
tehdit etmektedir. Ayrıca artan nüfus ile birlikte yerleĢim alanlarındaki artıĢ, suyun toplanma
süresinde, miktarında ve hızında değiĢime neden olmaktadır. Meydana gelen bu değiĢimler
sonucu Sazlıdere Havzası‘nda oluĢabilecek sel ve taĢkınların engellenmesi, ayrıca su kalitesinin
bozulmasının önlenmesi ve havzadaki su kaynaklarının korunması için özel çözüm yöntemleri
araĢtırılmalıdır. Dolayısıyla, bu çalıĢma kapsamında Sazlıdere Havzası‘nın Environmental
Protection Agency Storm Water Management Model (EPA SWMM) (Çevre Koruma KuruluĢu
Yağmur Suyu Yönetim Modeli) bilgisayar programı kullanılarak hidrodinamik modelin
oluĢturulması, havza üzerinde hidrometeorolojik ölçümler yapılması, yapılan ölçümler
kullanılarak hidrodinamik modelin kalibrasyonunun yapılması ve bu modelle geleceğe yönelik
su miktarı hakkında tahminlerde bulunulması hedeflenmiĢtir.
Anahtar Kelimeler: Hidrodinamik modelleme, kalibrasyon, Sazlıdere Havzası, EPA SWMM.
HYDRODYNAMIC MODEL OF SAZLIDERE WATERSHED
ABSTRACT
Protecting and improving water resources play an important role in terms of meeting future
drinking water demand of Istanbul. Sazlıdere Watershed, which provides an average of 55
million cubic meter of water per year, is one of the most important watersheds of Istanbul.
Although there are mainly rural areas within the boundaries of Sazlıdere Watershed, increase in
population density in this region is a big threat for the water resources of this watershed. With
the increase in population, there is a tendency of change from rural to urban area which results in
the alteration of time of concentration, water quantity, and flow rate. Because of these changes,
specific solutions need to be investigated to prevent flood, overflow, and degradation of water
quality in Sazlıdere Watershed. Therefore, the aims of this study are making a hydrodynamic
635
model of Sazlıdere Watershed by using Environmental Protection Agency Storm Water
Management Model (EPA SWMM), conducting hydrometeorological experiments in the
watershed, making calibration by using data measured in the watershed and predicting water
quantity by using hydrodynamic watershed model.
Keywords: Hydrodynamic modeling, calibration, Sazlıdere Watershed, EPA SWMM.
1.GĠRĠġ
Doğal çevrim içerisinde, suyun insanlar tarafından ekonomik, sosyal ve çevresel açıdan en
verimli Ģekilde sistematik olarak kullanımı su kaynakları yönetimi olarak tanımlanmaktadır
[Meriç, 2004]. Su kaynaklarının miktar ve kalite açısından yeterli olmaması ve artan nüfus,
geliĢen sanayi ve tarım faaliyetleri sonucu aĢırı kullanımı nedeniyle ortaya çıkan sorunlar su
kaynaklarının en iyi Ģekilde yönetilmesi gerektiğini ortaya koymaktadır. Bu kapsamda, su
kaynaklarının korunması ve geliĢtirilmesi, sistemin sürdürülebilir olması için havza yönetiminin
en iyi Ģekilde yapılması ve havza veriminin değerlendirilmesi gerekmektedir. Havza yönetimi ile
birlikte erozyon, sel ve taĢkınların önlenmesi, toplumun ihtiyaçlarını karĢılayacak miktar ve
kalitede su üretilmesi ve havzadaki doğal kaynakların planlanması için çeĢitli çalıĢmaların
yapılması amaçlanmaktadır [Özhan, 2003]. Bu amaçlar doğrultusunda yapılan çalıĢmalar
arasında hidrolojik sistemi etkileyen olayların gözlemlenmesi, gerekli hidrolojik ölçümlerin
sistematik olarak yapılması ve uygun bilgisayar programı kullanılarak simülasyon modelinin
oluĢturulması yer almaktadır. Özellikle hızla geliĢen biliĢim teknolojisi ile birlikte su kaynakları
ve havza yönetiminde matematiksel modellerin kullanımı yaygınlaĢmıĢtır. Dolayısıyla, hem
kentsel hem de kırsal alanlarda yağıĢ sonucu oluĢan yüzeysel akıĢın su kalitesi ve miktarının
hidrodinamik modellenmesine yönelik literatürde geniĢ çalıĢmalar bulunmaktadır [Chang ve
diğ., 2008; Kazezyılmaz-Alhan ve diğ., 2007]. Bu çalıĢmalar kapsamında kanal akımları ve
havzaların modellenmesi, su kaynakları sistemlerinin planlanması ve korunması, geleceğe
yönelik risk analizlerinin yapılması ve çözüm önerilerinin oluĢturulması için çeĢitli bilgisayar
modelleri kullanılmıĢtır.
Su kaynaklarının korunması ve geliĢtirilmesi bütün dünya için büyük önem taĢımaktadır.
Özellikle büyük kentlerde kullanılan suyun fazla olması kaynakların önemini daha da
arttırmaktadır. Örneğin Ġstanbul‘un yaklaĢık bir günlük su ihtiyacı 2 milyon m3‘tür [ĠSKĠ]. Bu
ihtiyacın karĢılanabilmesi için çeĢitli su kaynakları kullanılmaktadır. Bu kaynaklar arasında
Avrupa ve Anadolu Yakası‘nda bulunan Alibeyköy Barajı, Terkos Gölü, Büyükçekmece Barajı,
Sazlıdere Barajı, Ömerli Barajı, Elmalı Barajı, Kazandere Barajı, Papuçdere Barajı, Darlık Barajı
ve Melen gibi önemli su kaynakları yer almaktadır. Bu kapsamda, ortalama yıllık 55 milyon m 3
su sağlanan Sazlıdere Havzası Ġstanbul‘un önemli içme suyu havzalarından biridir [ĠSKĠ; DSĠ].
Fakat Sazlıdere Havzası Ġstanbul‘un kentsel sınırları dıĢında kalan kırsal bir bölge olmasına
rağmen bu bölgedeki hızlı nüfus artıĢı ve bu nüfusun bölgedeki su kaynakları için oluĢturduğu
tehlike büyük ölçüde havzayı tehdit etmektedir. Bu nedenle Sazlıdere Havzası‘na yönelik
literatürde çeĢitli çalıĢmalar bulunmaktadır [BaĢer, 2006; Akça, 2005; Eynur, 2004; Bayraktar,
2002; Ongun,1991].
Literatürde yağıĢ sonucu oluĢan yüzeysel akıĢın Environmental Protection Agency Storm Water
Management Model (EPA SWMM) (Çevre Koruma KuruluĢu Yağmur Suyu Yönetim Modeli)
adlı bilgisayar modeli kullanılarak hidrodinamik ve su kalitesi modeli örneklerine
rastlanmaktadır [Aad ve diğ., 2010; Gülbaz ve Kazezyılmaz-Alhan, 2008; Temprano ve diğ.,
2006; Peterson ve Wicks, 2006]. Yapılan çalıĢmalarda oluĢturulan modeller, çeĢitli metotlar
kullanılarak ya da deneme yanılma yöntemiyle kalibre edilmekte [Gibbs ve diğ., 2010; Chang ve
diğ., 2008; Tsihrintzis ve Sidan, 2008; Haiping ve Yamada, 1996] daha sonra oluĢturulan model
636
doğrulanmaktadır. Bu kapsamda EPA SWMM, su miktarı ve su kalitesi modellemesinde
kullanılan literatürde kabul görmüĢ bir programdır [Tsihrintzis ve Hamid, 1998].
Bu çalıĢma kapsamında, EPA SWMM programı kullanılarak Sazlıdere Havzası‘nın
hidrodinamik modeli oluĢturulmuĢ, havza üzerinde hidrometeorolojik ölçümler yapılmıĢ,
oluĢturulan bilgisayar modeli ile yapılan ölçümler kullanılarak geleceğe yönelik su miktarı
hakkında tahminlerde bulunulmuĢ ve geliĢtirilebilecek kontrol stratejileri önerilmiĢtir. Ayrıca,
artan nüfus ile birlikte yerleĢim alanlarında meydana gelen değiĢimin su miktarı ve akıĢ
üzerindeki etkisi incelenmiĢtir.
2.EPA SWMM YAĞMUR SUYU YÖNETĠM MODELĠ
EPA Yağmur Suyu Yönetim Modeli genellikle anlık (örneğin bir günlük) veya uzun süreli
(örneğin 10 yıllık) yağıĢ sonucu yüzeyde oluĢan suyun dinamik simülasyonunu yapmak amacıyla
kullanılan bir bilgisayar programıdır [Rossman, 2010; Huber ve Dickinson, 1988]. EPA SWMM
bilgisayar programı ilk olarak 1971 yılında geliĢtirilmiĢ ve üretildiği tarihten günümüze kadar
farklı dönemlerde güncelleĢtirilmiĢtir. Programın son versiyonu olan EPA SWMM5, FORTRAN
programı ile yazılmıĢ bir önceki sürümlerin C programına dönüĢtürülerek geliĢtirilmiĢ yeni
yazılımıdır.
EPA SWMM bilgisayar programı havza parçaları üzerinde meydana gelen yüzeysel akıĢın
miktarını, kalitesini, boru veya kanal içerisinden geçen akımın debisini, hızını ve derinliğini
hesaplar. EPA SWMM programında havza parçaları, açık kanallar veya borular, birleĢme
noktaları, çıkıĢ noktaları, yağıĢ ölçerler, pompalar, düzenleyiciler, depolama hazneleri gibi
sistem elemanları bulunmaktadır. EPA SWMM bilgisayar programına havza parçasının alanı,
eğimi, geniĢliği; kanalların uzunlukları, en kesit alanları, giriĢ ve çıkıĢ noktalarının kotları; uzun
veya kısa süreli yağıĢ değerleri girdi olarak girilerek akıĢın debisi, hızı, kanallardaki su
yüksekliği gibi havzanın hidrodinamik değiĢkenleri çıktı olarak elde edilir. EPA SWMM
içerisinde yapılan yüzeysel akıĢ ve debi hesapları akıĢkan dinamiğinin temel prensipleri olan
kütle, momentum ve enerji korunumu prensiplerine dayanır. Yüzeysel akıĢı hesaplarken, yağıĢ
ve havza giriĢindeki su kaynakları giriĢ debisini, sızma, buharlaĢma ve yüzeysel akıĢ ise çıkıĢ
debisini oluĢturmaktadır. Boru veya açık kanallarda meydana gelen akımı ötelemek amacıyla
kinematik, difüzyon ve dinamik dalga öteleme seçenekleri mevcuttur.
Dinamik dalga denklemlerinden elde edilen ve Sazlıdere Havzası‘nı modellemede seçilen
difüzyon dalga denklemleri Ģu Ģekildedir:
A Q

0
t x
y
S f  S0 
x
(1)

 Q
Q
 2Q


c

K

t
x
x 2




c  mV
K
Q
2 BS 0
Burada A akıĢ kesiti (L2), Q debi (L3/T), t zaman, x uzunluk (L), Sf hidrolik eğim (L/L), S0 kanal
eğimi (L/L), y su derinliği (L), c difüzyon dalga hızı (L/T), K hidrolik diffusivite (L2/T), m debihidrolik eğim iliĢkisine bağlı bir katsayı, V su hızı (L/T) ve B kanal geniĢliği (L) olarak
tanımlanır.
637
Zeminin sızma miktarını hesaplamak için, EPA SWMM‘ de 3 farklı metod bulunmaktadır. Bu
metodlar Green-Ampt, Integrated Horton ve SCS Curve Number Metodlarıdır. Bu metodlardan
Integrated Horton Metodu Sazlıdere Havzası için seçilmiĢtir ve Ģu Ģekildedir:
f p  f  t   f 0 - f  e
t
- t
f (t )  min [ f p (t ), i(t )]
F (t )   f ( )d
0
(2)
Burada fp sızma kapasitesi (L/T), f∞ minimum sızma kapasitesi (L/T), f0 kuru zemine ait yağmur
baĢlamadan önceki sızma kapasitesi (L/T), α katsayı (1/T), f sızma hızı (L/T), i yağıĢ Ģiddeti
(L/T) ve F toplam sızma miktarı (L) olarak tanımlanır.
3.SAZLIDERE HAVZASI
Sazlıdere Havzası Ġstanbul‘un Avrupa yakasında, Durusu (Terkos) Gölü‘nün güneydoğusunda,
Küçükçekmece Gölü‘nün kuzeydoğusunda ve Ġstanbul BüyükĢehir Belediyesi‘nin sınırları
içerisinde yer almaktadır (ġekil 1). Sazlıdere Havzası‘nın toplam drenaj alanı 165 km2‘dir. Bu
alanın % 58‘ini tarım arazileri ve meralar, % 18.22‘sini yerleĢim ve sanayi alanları, % 18‘ini
ormanlık alanlar ve % 5.78‘ ini baraj alanı oluĢturmaktadır. Sazlıdere Havzası yağıĢ alanı,
doğuda Küçükçekmece Gölü‘ne dökülen Hasanoğlu (Balıklı) Deresi‘nin, kuzeyde Terkos
Gölü‘nün, batıda ise yine Küçükçekmece Gölü‘ne dökülen Ispartakule (Hadımköy) Deresi‘nin
yağıĢ alanları ile çevrilidir. Havzanın denizden olan yüksekliği rezervuarların olduğu yerlerde 6–
20 m arasında olup kuzey ve güneydeki topoğrafik sınırlarda 170 m‘ye ulaĢmaktadır [Birpınar ve
diğ., 2006; Akça, 2005]. Sazlıdere Havzası‘nda toplanan sular, havza çıkıĢında bulunan
Sazlıdere Barajı‘nda toplanmaktadır (ġekil 1). Sazlıdere Barajı TEM Ģehirlerarası otoyolunun
kuzeyinde, Sazlıdere üzerinde ve Küçükçekmece Gölü membasının yaklaĢık 6 km uzağında
kurulmuĢtur. Havza doğu-batı yönünde 20 km uzunluğa, kuzey-güney yönünde ise 9 km
geniĢliğe sahiptir. Ġstanbul‘un önemli içme suyu havzalarından biri olan Sazlıdere Havzası‘ndaki
Sazlıdere Barajı yıllık 55 milyon m3 su ile Ġstanbul‘un yaklaĢık 1 aylık su ihtiyacını
karĢılamaktadır. Sazlıdere Havzası‘nda toplanan sular terfi merkezi, isale hatları vasıtasıyla
Ġkitelli Fatih Sultan Mehmet Han Arıtım Tesisi‘nde arıtılarak Küçükçekmece, Bağcılar,
Bahçelievler, Bakırköy, Güngören, Esenler, GaziosmanpaĢa, BayrampaĢa, Eyüp gibi yerleĢim
bölgelerine gönderilmektedir.
BULGARĠSTAN
KARADENĠZ
TÜRKĠYE
SAZLIDERE
BARAJI
ġekil 1. Sazlıdere Havzası ve Sazlıdere Baraj Gölü [İBB]
638
4.MODEL VE YÖNTEM
4.1.Hidrodinamik Modelin OluĢturulması
EPA SWMM bilgisayar programında Sazlıdere Ġçme suyu Havzası‘nın Türkköse Deresi‘ne
dökülen alanının hidrodinamik modeli ĠSKĠ, ĠBB ve DSĠ‘den temin edilen bilgiler kullanılarak
yapılmıĢtır. Bu çalıĢmada Sazlıdere Havzası‘na ait eĢ yükselti haritası kullanılarak Sazlıdere
Havzası‘nın dörtte birlik bölümü (39 km2) 177 adet alt havzaya bölünerek modellenmiĢtir. Her
havza parçasına ait eğim, alan ve geniĢlik değerleri AutoCAD bilgisayar programı kullanılarak
hesaplanıp EPA SWMM programına girilmiĢtir. Daha sonra bütün havza parçaları için ĠSKĠ‘ye
ait hava fotoğrafı destekli hazırlanmıĢ 1/5000 ve 1/25000 ölçekli yerleĢim planı kullanılarak
yerleĢim alanlarının yüzdeleri belirlenmiĢ ve programa girilmiĢtir. Ayrıca havzada bulunan
geçirimli ve geçirimsiz alanlara ait kalibrasyon sonucu belirlenecek sabit katsayılar için
baĢlangıç değerleri EPA SWMM programına ait kullanım kılavuzu ve literatürdeki kaynaklar
kullanılarak seçilmiĢtir. YağıĢ sırasında havzada meydana gelen sızma miktarı ise Horton
Metodu kullanılarak hesaplanmıĢtır. Sızma miktarını bulmak için zemin cinsine bağlı olarak
değiĢen porozite, hidrolik iletkenlik ve kapiler basınç parametrelerinin değerleri için yine EPA
SWMM kullanma kılavuzu ve literatürdeki kaynaklardan yararlanılmıĢtır. Daha sonra havza
parçaları üzerinde yağıĢ sonrası oluĢan yüzeysel akıĢ sularının toplandığı 171 adet birleĢim
noktası (junction) topoğrafik harita kullanılarak tespit edilmiĢ ve yükseklikleri eĢyükselti
haritaları kullanılarak belirlenip programa girilmiĢtir. YağıĢ sonucu oluĢan yüzeysel akıĢ,
birleĢim noktalarında toplanarak açık kanallar (dereler) vasıtasıyla Sazlıdere Barajı‘na doğru
akmaktadır. Modellemenin bu aĢamasında ĠSKĠ‘den alınan kuru ve taban akıĢı olan derelerin
dere aksları ve topoğrafik haritadan yararlanılarak açık kanalların konumları, enkesitleri ve
uzunlukları belirlenmiĢtir. Bu kapsamda bilgisayar modelinde yaklaĢık 15 km uzunluğunda ana
dere (Türkköse Deresi) olmak üzere yan kollarla birlikte toplamda 44 km uzunluğunda dere
modellenmiĢtir. Daha sonra yüzeysel akıĢın açık kanalları izleyerek göle ulaĢtığı çıkıĢ noktası
belirlenmiĢtir. Yüzeysel akıĢ ve kanallardaki debi hesaplamaları için sürtünme, yerçekimi ve
basınç kuvvetini esas alan difüzyon dalga öteleme metodu kullanılmıĢtır.
Bu çalıĢmada, Arnavutköy Haraçcı beldesinde hidrometeorolojik ölçümler yapılmıĢtır. Havzada
yağıĢ ölçümünü yapmak amacıyla bir adet Elektronik YağıĢ Ölçer (Elektronik Plüviograf) ve
debi ölçümü için bir adet Universal Elektronik Muline (Açık Kanal Hız Ölçer) kullanılmıĢtır.
Yapılan ölçümler sonucu elde edilen yağıĢ verileri uygun formatta hazırlanarak bilgisayar
programına girilmiĢtir. Yapılan bu çalıĢmada iki adet kesikli yağıĢ-akıĢ serisi modelin kalibre
edilmesi için, iki adet kesikli yağıĢ-akıĢ serisi ise modelin doğrulanması için kullanılmıĢtır. ġekil
2‘de Sazlıdere Ġçme suyu Havzası‘nın EPA SWMM programı ile oluĢturulmuĢ modeli ve ölçüm
yerleri görülmektedir. Burada yeĢil çizgilerle gösterilen alanlar 177 adet alt havza sınırlarını,
siyah noktalar yüzeysel akıĢın toplandığı 171 adet birleĢim noktasını ve mavi çizgiler ise 173
adet açık kanalları (dereleri) göstermektedir.
639
ġekil 2. Sazlıdere Havzası‘nın EPA SWMM ile oluĢturulmuĢ modeli
4.2.Model Kalibrasyonu Ve Doğrulaması
Sazlıdere Havzası için oluĢturulan hidrodinamik modelin kalibrasyonu için 14–17 ġubat 2010
tarihinde meydana gelen 4 günlük yağıĢ ve bu yağıĢ sonucu oluĢan akıĢ havzaya kurulan ölçüm
aletleri ile ölçülmüĢ ve elde edilen veriler programda kullanılmıĢtır. ÇalıĢmanın kalibrasyon
aĢamasından önce EPA SWMM bilgisayar programında tanımlanması gereken parametreler
literatürdeki aralıklarına uygun olarak modele girilmiĢtir [Arcement ve diğ., 1984]. Daha sonra
model ve deney sonuçları kullanılarak bu parametreler kalibre edilmiĢtir. Kalibrasyon sırasında
özellikle geçirimsiz ve geçirimli yüzey pürüzlülük katsayısının (N), yüzeyde tutulan suyun
yüksekliğinin (d), kanallardaki (derelerdeki) Manning pürüzlülük katsayısının (n) ve sızmayı
etkileyen hidrolik iletkenliğin (K) diğer parametrelere göre çok daha etkin olduğu görülmüĢtür.
Örneğin geçirimsiz ve geçirimli yüzey pürüzlülük katsayısının ve yüzeyde tutulan suyun
yüksekliğinin küçülmesi ile model sonucunda elde edilen debi artmaktadır. Kanallardaki
(derelerdeki) Manning pürüzlülük katsayısının artıĢı çıkıĢ noktasında meydana gelen debide
azalmaya neden olmaktadır. Ayrıca hidrolik iletkenlik arttıkça sızma artmakta ve çıkıĢ
noktasında meydana gelen debi yine azalmaktadır. Kalibrasyon sonucu ġekil 3‘te görülmektedir.
ġekil 3. 14–17 ġubat 2010 yağıĢ serisine ait Hiyetograf ve Hidrograf
640
Kalibre edilmiĢ hidrodinamik modelin doğrulanması için 06–09 Mart 2010 tarihlerinde meydana
gelen 4 günlük yağıĢ ve bu yağıĢ sonucu oluĢan akıĢ aynı Ģekilde havzaya kurulan ölçüm aletleri
ile ölçülmüĢ ve programda kullanılmıĢtır. ÇalıĢmanın bu aĢamasında kalibre edilmiĢ
parametrelerin bulunduğu modele sadece 06–09 Mart 2010 tarihlerinde yağan yağıĢ Ģiddeti
girilmiĢ, model çalıĢtırılarak yüzeysel akıĢ için sonuçlar elde edilmiĢtir. Ve model sonuçları ile
deney sonuçlarının birbirine oldukça yakın sonuçlar verdiği gözlemlenmiĢtir (ġekil 4).
ġekil 4. 06–09 Mart 2010 yağıĢ serisine ait Hiyetograf ve Hidrograf
5.BULGULAR
Sazlıdere Havzası‘nda mevcut nüfus incelenmiĢ ve 2035 yılında olması beklenen nüfus artıĢı
hesaplanmıĢtır. Buna bağlı olarak nüfus artıĢı ile birlikte arazi kullanımı değiĢiminin su
miktarına olan etkisi ve Ģiddetli yağıĢlar incelenmiĢtir.
5.1.Havzadaki YağıĢ-AkıĢ ĠliĢkileri ve Nüfus ArtıĢının Su Miktarına Etkisi
ÇalıĢmanın bu aĢamasında havzadaki mevcut durum için farklı yağıĢlar altında oluĢan akıĢlar ve
nüfus artıĢının arazi kullanımına ve akıĢa olan etkisi incelenmiĢtir. Bahsedilen analizleri yapmak
için havzaya kurulan yağıĢ ölçüm istasyonundan Aralık 2009-Mart 2010 tarihleri arasında
kaydedilmiĢ 2 adet kesikli yağıĢ serisi alınmıĢtır. Nüfus artıĢının su miktarına olan etkisi, nüfus
artıĢının yerleĢim alanlarında bir artıĢa sebep olacağı ve dolayısıyla geçirimsiz yüzeylerin
artacağı kabulü ile modele yansıtılarak incelenmiĢtir. Ölçülen yağıĢ serileri kullanılarak elde
edilen sonuçlar aĢağıda 2 ayrı baĢlık altında sunulmuĢtur.
5.1.1.YağıĢ serisi I
26–29 Aralık 2009 tarihleri arasında ölçülmüĢ ve yaklaĢık 3 gün kadar süren yağıĢ sonucu oluĢan
akıĢlar oluĢturulan hidrodinamik model ile tahmin edilmiĢtir. ġekil 5‘te yağıĢ sonucu havzanın
çıkıĢ noktasında hesaplanmıĢ olan debinin zamana göre değiĢimi görülmektedir. Bu grafikte
―Q_2010_mevcut‖ olarak gösterilen hidrograf mevcut dere kesitleri kullanılarak 2010 yılındaki
nüfus ve buna bağlı yerleĢim alanı esas alınarak elde edilmiĢtir. Ayrıca çıkıĢ noktası için yine
2010 yılına ait nüfus göz önünde bulundurularak yapılması önerilen geniĢletilmiĢ dere kesitleri
kullanılmıĢ ve modelde oluĢturulan ana derede toplanan maksimum su miktarı tespit edilmiĢtir
(Q_2010_önerilen). Daha sonra oluĢturulan hidrografların altında kalan alan hesaplanarak dereye
akan maksimum su miktarı ve mevcut durumda çıkıĢ noktasından geçen su miktarı
hesaplanmıĢtır. Dolayısıyla hesaplanan bu değerler arasındaki fark taĢkına neden olan su miktarı
olarak değerlendirilmiĢtir. ġekil 5‘den görüldüğü gibi dere kesitlerinin mevcut durumu için 3942 saatleri arasında açık kanal dolu olarak akmaktadır; dolayısıyla bu saatler arasında olası bir
641
taĢkın söz konusudur. Sonuç olarak, 2010 yılına ait nüfus göz önüne alındığında yağıĢ sonucu
havza üzerinde akıĢa dönüĢen toplam su hacmi 566995 m3 ve bunun mevcut dere kesitleri ile
taĢınamayan yani taĢkına dönüĢen kısmı ise 170163 m3 yani toplam su hacminin % 30‘u olarak
hesaplanmıĢtır. 2035 yılına ait nüfus göz önüne alındığında ise yağıĢ sonucu havza üzerinde
akıĢa dönüĢen toplam su hacmi 583849 m3 ve bunun mevcut dere kesitleri ile taĢınamayan yani
taĢkına dönüĢen kısmı ise 176625 m3 yani toplam su hacminin % 30.5‘i olarak hesaplanmıĢtır.
Ancak oluĢturulan modelde 2.5 kat geniĢletilerek önerilen dere enkesitleri kullanıldığında bu
enkesitlerin 2035 yılında nüfus artıĢından dolayı Türkköse Deresi‘nde artması beklenen akıĢı
taĢıyabildiği ve herhangi bir taĢkın olmayacağı sonucuna varılmıĢtır.
Nüfus artıĢının su miktarına olan etkisine bakıldığında 2010 ve 2035 yıllarında oluĢan toplam su
miktarı arasındaki fark 16854 m3 olarak hesaplanmıĢtır. Bu miktar toplanan suyun % 3‘ünü
oluĢturmaktadır. Ancak, bu farkın yalnızca 6462 m3‘lük kısmı oluĢacak taĢkın miktarındaki
artıĢı göstermektedir. Dolayısıyla nüfus artıĢından dolayı Türkköse Deresi‘nde meydana gelecek
taĢkının % 3.8 daha artacağı görülmektedir (Tablo 1).
ġekil 5. YağıĢ Serisi I için Hiyetograf ve Havzanın çıkıĢ noktasına ait Hidrograflar.
5.1.2.YağıĢ serisi II
07 ġubat–18 ġubat 2010 tarihleri arasında ölçülmüĢ ve yaklaĢık 245 saat (11 gün) kadar süren
yağıĢ sonucu oluĢan akıĢlar oluĢturulan hidrodinamik model ile tahmin edilmiĢtir. ġekil 6‘da ve
Tablo 1‘de yapılan çalıĢma YağıĢ Serisi I deki gibi analiz edilmiĢ ve sonuçlar sunulmuĢtur.
642
ġekil 6. YağıĢ Serisi II için Hiyetograf ve Havzanın çıkıĢ noktasına ait Hidrograflar.
Tablo 1. YağıĢ Serisi I ve II için 2010 ve 2035 yıllarına ait mevcut ve önerilen dere kesitleri ile
Türkköse Deresi‘nin çıkıĢ noktasında oluĢan su ve taĢkın miktarı ile yüzde değerleri.
2010 Yılı Toplam Su Miktarı
2010 Yılı TaĢkın Miktarı
2035 Yılı Toplam Su Miktarı
YağıĢ Serisi I
YağıĢ Serisi II
26–29Aralık 2009
7–18 ġubat 2010
Su Miktarı (m3) % Su Miktarı (m3) %
1283283
566995
170163
30.0
404160
31.5
1353397
583849
2035 Yılı TaĢkın Miktarı
176625
30.3
412114
30.5
2010–2035 yılları için su miktarındaki artıĢ
2010–2035 yılları için taĢkındaki artıĢ
16854
6462
3.0
3.8
70114
7954
5.5
2.0
5.2.ġiddetli YağıĢlar
ÇalıĢmanın bu aĢamasında Florya Meteoroloji Müdürlüğünden geçmiĢ yıllara ait maksimum
yağıĢ verileri saatlik olarak istenmiĢtir. GeçmiĢ yıllara ait 2 adet büyük yağıĢ Ģiddetine sahip
yağıĢ seçilmiĢ ve programa girilerek analiz yapılmıĢtır.
5.2.1. 28–30 Kasım 1978
28–30 Kasım 1978 tarihleri arasında ölçülmüĢ ve yaklaĢık 60 saat kadar süren yağıĢ sonucu
oluĢan akıĢlar oluĢturulan hidrodinamik model ile tahmin edilmiĢtir. ġekil 7‘de 28–30 Kasım
1978 tarihleri arasında yağan yağıĢ sonucu havzanın çıkıĢ noktasında hesaplanmıĢ olan debinin
zamana göre değiĢimi görülmektedir. Bu grafikte ―1978 Kasım_2010_mevcut‖ olarak gösterilen
hidrograf mevcut dere kesitleri kullanılarak 2010 yılındaki nüfus ve buna bağlı yerleĢim alanı
esas alınarak elde edilmiĢtir. ―1978 Kasım_2010_önerilen‖ olarak gösterilen hidrograf ise
yapılması önerilen dere kesitleri kullanılarak elde edilmiĢtir. ġekil 7‘ de görüldüğü gibi 28–30
Kasım 1978 yılında meydana gelen Ģiddetli yağıĢ sonucunda 14–21 saatleri arasında mevcut dere
643
kesitleri ile oluĢturulan modelde taĢkın meydana gelmektedir. Önerilen dere kesitleri ile
oluĢturulan modelde dere dolu akmamaktadır. Dolayısıyla bu tarihte meydana gelen Ģiddetli
yağıĢ için önerilen kesitlerin yeterli olduğu tahmin edilmektedir. Bu yağıĢ sonucu havza üzerinde
toplanan toplam su miktarı 1912613 m3 tür. Yapılan analizler sonucu meydana gelen bu yağıĢ
sonucunda mevcut dere kesitleri olduğu zaman havzada meydana gelen taĢkın miktarı 524592
m3 olmaktadır. Bu miktar havzada toplanan suyun % 27‘sini oluĢturmaktadır.
ġekil 7. 1978 yılına ait yağıĢ için Hiyetograf ve Havzanın çıkıĢ noktasına ait Hidrograf.
5.2.2. 09–12 Temmuz 1995
09–12 Temmuz 1995 tarihleri arasında ölçülmüĢ ve yaklaĢık 85 saat kadar süren yağıĢ sonucu
oluĢan akıĢlar yukarıda anlatıldığı gibi analiz edilmiĢtir. ġekil 8‘de görüldüğü gibi önerilen dere
kesitleri bu tarihte meydana gelen yağıĢı taĢıyabilmektedir.
ġekil 8. 1995 yılına ait yağıĢ için Hiyetograf ve Havzanın çıkıĢ noktasına ait Hidrograf.
644
6.SONUÇLAR
Bu çalıĢma kapsamında Sazlıdere Havzası‘nın EPA SWMM bilgisayar programı kullanılarak
hidrodinamik modeli oluĢturulmuĢ, havza üzerinde hidrometeorolojik ölçümler yapılmıĢ, yapılan
ölçümler kullanılarak hidrodinamik modelin kalibrasyonu ve doğrulaması tamamlanmıĢ ve
geleceğe yönelik su miktarı hakkında tahminlerde bulunulmuĢtur. Yapılan analizler ile aĢağıdaki
sonuçlara ulaĢılmıĢtır:
1. Havzanın mevcut durumu için farklı yağıĢlar altında oluĢan akıĢlar ve nüfus artıĢının akıĢa
olan etkisi incelenmiĢtir. Bahsedilen analizler havzaya kurulan yağıĢ ölçüm istasyonundan Aralık
2009 - Mart 2010 tarihleri arasında kaydedilmiĢ 2 adet kesikli yağıĢ serisi ile yapılmıĢtır. Nüfus
artıĢının su miktarına olan etkisini incelemek üzere bu durumun yerleĢim alanlarında ve
dolayısıyla geçirimsiz yüzeylerde artıĢa sebep olacağı kabulü yapılarak modele yansıtılmıĢtır ve
ölçülen yağıĢ serileri kullanılarak elde edilen analiz sonuçları sunulmuĢtur. Yapılan analizler
neticesinde nüfusun artması sonucu havzada toplanan su miktarında ve taĢkınlarda artıĢ
gözlemlenmiĢtir. Bu artıĢın su miktarında % 5 ve taĢkınlarda % 3.8‘e kadar çıktığı görülmüĢtür.
2. Ekstrem durumları incelemek üzere Florya Meteoroloji istasyonundan Ģiddetli yağıĢlar alınmıĢ
ve durum analiz edilmiĢtir. Alınan iki Ģiddetli yağıĢ için önerilen dere kesitlerinin uygun olduğu
sonucuna varılmıĢtır. Mevcut durumda Ģiddetli yağıĢların havzada büyük taĢkınlara sebep
olacağı sonucuna varılmıĢtır.
Yapılan analizler incelenerek havzanın kritik noktalarında en iyi yönetim uygulamaları (BMP)
(best management practice) önerilmektedir. Yapılan analiz sonuçları ve havzadaki yerleĢim
durumu dikkate alınarak bakıldığında, bu öneriler arasında dere ıslah çalıĢmaları, yapay sulak
alanlar ve sulak alan restorasyonları, derelerin kenarlarına atık su toplama kolektörlerinin
konulması, derelerin çıkıĢlarına basit arıtım sistemlerinin konulması yer almaktadır.
KAYNAKLAR
1. AAD, M.P.A., SUIDAN, M.T., ve SHUSTER, W.D., 2010, ―Modeling Techniques of Best
Management Practices: Rain Barrels and Rain Gardens Using EPA SWMM-5‖, Journal of
Hydrologic Engineering, 15 (6), 434-443.
2. AKÇA, A., 2005, ―Sazlıdere Havzası Su Kalitesi, Atık su UzaklaĢtırma Optimizasyonu ve
Sulak Alan Maliyetlerinin Değerlendirilmesi‖, Yüksek Lisans Tezi, Yıldız Teknik Üniversitesi
Fen Bilimleri Enstitüsü.
3. ARCEMENT, G.J., SCHNEIDER Jr. ve SCHNEIDER V.R., 1984, ―Guide For Selecting
Manning‘s Rughness Coefficients For Natural Channels And Flood Plains‖, United States
Geological Survey Water-Supply Paper 2339, United States Department of Transportation Federal Highway Administration Hydraulics Engineering Publications, USA.
4. BAYRAKTAR, H., 2002, ―Sazlıdere Havzası Zamansal DeğiĢim Analizinin Uydu Görüntü
Verileri ile Yapılması‖, Yüksek Lisans Tezi, Yıldız Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü.
5. BASER, S.K., 2006, ―Sazlıdere‘nin Azot ve Fosfor Kirliliğinin Ġzlenmesi ve Etkisinin
Ġrdelenmesi‖, Yüksek Lisans Tezi, Marmara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü.
645
6. BĠRPINAR, M.E., ÖZKILIÇ, N., AKTÜRK, M.A., MUMCUOĞLU, H., PĠRĠM, S.,
KURTULUġ, S., AYKIRI, S., YAMAN, M., VARDAR, A., KUZLU, A., ÇAKMAK, B.,
AKDAĞ, B., CĠHAN, F., SELVĠ, G.M., ġANLIMEġHUR, Ġ., SADIKEL, Ġ., ÖZDOĞAN, J.,
KARABULUT, A., AKKAġ SEZGĠN, Ö., BUKNĠ, R., TEZCAN, ġ., ERDOĞAN, T., ve
KARAASLAN, Y., 2006, ―Ġstanbul 2005 Yılı Ġl Çevre Durum Raporu‖, Ġstanbul Valiliği Ġl
Çevre ve Orman Müdürlüğü.
7. CHANG, C.H., WEN, C.G., ve LEE, C.S., 2008, ―Use of Intercepted Runoff Depth for
Stormwater Runoff Management in Industrial Parks in Taiwan‖, Water Resources Management,
22 (11), 1609–1623.
8. Devlet Su ĠĢleri Genel Müdürlüğü, http://www.dsi.gov.tr [Ziyaret Tarihi: 26.01.2010].
9. EYNUR, Z., 2004, ―Baraj Altındaki Sızmaların Analizi ve Kontrolü: Sazlıdere Barajı
Uygulaması‖, Yüksek Lisans Tezi, Ġstanbul Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü.
10. GIBBS, M.S., DANDY, G.C., ve MAIER, H.R., 2010, ―Evaluation of parameter setting for
two GIS based unit hydrograph models‖, Journal of Hydrology, 393 (3–4), 197–205.
11. GÜLBAZ, S., ve KAZEZYILMAZ-ALHAN, C.M., 2008, ―Kinematik ve Dinamik Dalga
Modelleri ile Akarsu Debisi Analizi‖, Ulusal Su ve Enerji Konferansı, Eylül 2008 Artvin, Su ve
Enerji Konferansı Bildiri Kitabı, 363-372.
12. HAIPING, Z., ve YAMADA, K., 1996, ―Estimation For Urban Runoff Quality Modeling‖,
Water Science and Technology, 34 (3–4), 49–54.
13. HUBER, W.C., ve DICKINSON, R.E., 1988, ―Storm Water Management Model, Version
4‖, User‘s Manual, Athens, GA.: Environmental Research Laboratory, Office of Research and
Development, U.S. Environmental Protection Agency (EPA).
14. Ġstanbul BüyükĢehir Belediyesi, http://www.ibb.gov.tr [Ziyaret Tarihi: 01.01.2010].
15. Ġstanbul Su ve Kanalizasyon Ġdaresi, http://www.iski.gov.tr [Ziyaret Tarihi: 06.01.2010].
16. KAZEZYILMAZ-ALHAN, C.M., MEDINA, M.A., Jr ve RICHARDSON, C.J., 2007, ―A
Wetland Hydrology and Water Quality Model Incorporating Surface Water/Groundwater
Interactions‖, Water Resources Research, 43 (4), Art. No. W04434.
17. MERĠÇ, B.T., 2004, ―Water Resources Management and Turkey‖, Jeoloji Mühendisliği
Dergisi, 28 (1), 27-38.
ONGUN, F., 1991, ―Sazlıdere‘nin Kimyasal Kirlenmesinin Ġncelenmesi‖, Doktora Tezi, Trakya
Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü.
18. ÖZHAN, S., 2003, Havza Amenajmanı Ders Notları, Ġstanbul Üniversitesi Orman Fakültesi
Havza Amenajmanı Anabilim Dalı, Ġstanbul.
19. PETERSON, E.W., ve WICKS, C.M., 2006, ―Assessing the importance of conduit geometry
and physical parameters in karst systems using the storm water management model (SWMM)‖,
Journal of Hydrology, 329 (1–2), 294–305.
646
20. ROSSMAN, L.A., 2010, ―Storm Water Management Model, User‘s Manual, Version 5‖,
Water Supply and Water Resources Division National Risk Management Research Laboratory,
Cincinnati, Ohio, U.S. Environmental Protection Agency, EPA/600/R-05/040.
21. TEMPRANO, J., ARANGO, O., CAGIAO, J., SUAREZ, J., ve TEJERO, I., 2006,
―Stormwater quality calibration by SWMM: A case study in Northern Spain‖, Water SA, 32 (1),
0378–4738.
22. TSIHRINTZIS, V. A., ve HAMID, R., 1998, ―Runoff quality prediction from small urban
catchments using SWMM‖, Hydrologıcal Processes, 12, 311–329.
23. TSIHRINTZIS, V. A., ve SIDAN, C.B., 2008, ―ILLUDAS and PSRM-QUAL predictive
ability in small urban areas and comparison with other models‖, Hydrological Processes, 22 (17),
3321-3336.
647
HĠDROLOJĠK MODELLEMEDE YÜZEY SUYU-YERALTI SUYU
ETKĠLEġĠMLERĠNĠN ÖNEMĠ
Uğur BOYRAZ
[email protected]
[email protected]
ÖZET
Yeraltı suları bulunduğu bölgenin hidrolojik sisteminin önemli bir parçasıdır ve günümüzde
tükenmekte olan su kaynaklarının korunması ve geliĢtirilmesi açısından stratejik bir rol
oynamaktadır. Doğal bir kaynak olarak su kalitesi üzerinde ve su temininde önemli bir yere
sahiptir. Su kaynakları dağılımının ve çevre kirlenmesinin bölgesel olarak değerlendirilmesi, su
temini ve kalitesinin belirlenebilmesi için kaçınılmazdır. Bu nedenle yeraltı suyunun
mekanizması, yapılan hassas hidrolojik modelleme çalıĢmaları ile belirlenmelidir. Bugüne kadar
yapılan yeraltı suyu çalıĢmaları, yeraltı suyu hidroliğini ve hidrolojisini açıklayabilirken, yüzey
suyu-yeraltı suyu etkileĢimlerini kapsayan ve değiĢken parametreler ve farklı senaryolar altında
yeraltı suyunun davranıĢını inceleyen çalıĢma literatürde oldukça kısıtlıdır. Genelde literatürde
yüzey suyu ve yeraltı suyu ayrı formasyonlar olarak incelenirken, bu çalıĢmada yüzey ve yeraltı
suyu tek bir sistem olarak ele alınmıĢ ve simülasyonlar bu kabul çerçevesinde yapılmıĢtır. Bu
çalıĢmada yeraltı suyu akımını modelleyen VISUAL MODFLOW bilgisayar programı ile
kavramsal bir nehir-akifer modeli geliĢtirilmiĢ; yapılan simülasyonlar ile kavramsal olarak
hazırlanmıĢ nehir-akifer bölgesinin hidrolojik davranıĢı incelenmiĢ; ve yüzey suyu-yeraltı suyu
etkileĢimlerinin nehir-akifer formasyonunun hidrolojik davranıĢına olan etkisi araĢtırılmıĢtır.
YapılmıĢ olan nehir-akifer hidrolojik modellemesi ile farklı nehir parametreleri için yeraltı su
seviyesi dağılımı ve nehir-akifer arasında oluĢan akım elde edilmiĢtir.
Anahtar Kelimeler: Yüzey suyu-yeraltı suyu etkileĢimleri, MODFLOW, hidrolojik model.
THE IMPORTANCE OF SURFACE WATER-GROUND WATER
INTERACTIONS ON HYDROLOGICAL MODELING
ABSTRACT
Groundwater is an important part of the hydrological system and it has a strategical place in
protecting and developing water resources being depleted nowadays. As a natural resource,
groundwater plays an important role in water quality and water supply. Regionally assessing the
distribution of water resources and environmental pollution is inevitable for determining water
supply and water quality. Therefore, the physical mechanism of the groundwater should be
649
determined by developing detailed hydrological models. While many studies cover groundwater
as a single system and therefore investigate pure groundwater hydraulics and hydrology, studies
related to surface-groundwater interactions and the behavior of groundwater by conducting a
sensitivity analysis under different scenarios are exiguous in the literature. Generally, surface
and groundwater are examined separately in the literature; however, in this study they are
considered as a unique system and the simulations are done accordingly. In this study, a
conceptual stream-aquifer model is developed by using VISUAL MODFLOW computer
program which is capable for simulations of groundwater flow. The hydrological behavior of the
conceptual stream-aquifer region is observed and the effect of surface/groundwater interactions
on the hydrological behavior of stream-aquifer region is investigated. Groundwater level
fluctuations and the flux between stream and aquifer are obtained with the hydrological model of
the conceptual stream–aquifer system by conducting sensitivity analyses for different stream
parameters.
Keywords: Surface water-Groundwater interactions, MODFLOW, hydrological model.
1.GĠRĠġ
Yeraltı suları havza içerisinde hidrolojik davranıĢı doğrudan etkileyen önemli bir faktördür.
Ayrıca su temini ve su kalitesinde önemli bir rol oynamaktadır. Yeraltı suyu, kuyu ve çeĢitli su
yapılarıyla su teminine katkıda bulunur ve dere, göl, nehir ve bataklıklarla arasında oluĢan
etkileĢimlerle yüzey sularının kalitesini ve miktarını etkiler. Bu nedenle yeraltı suyu rezervi,
kalitesi ve kontrolü büyük önem taĢır. Yeraltı su kaynaklarının verimli bir Ģekilde
kullanılabilmesi için hidrolojik olarak doğru bir Ģekilde modellenmesi gerekir. Hassas yeraltı
suyu modellemelerinde yeraltı suyunun birçok karakteristik özelliği dikkate alınmalıdır. Bu
karakteristik özelliklerin en önemlilerinden biri de bölgesel olarak değiĢebilen yüzey suyu-yeraltı
suyu etkileĢimleridir [Kazezyılmaz-Alhan ve Medina, 2008]. Yüzey suyu-yeraltı suyu
etkileĢimleri, nehir, göl, dere gibi farklı su kaynakları ile akifer arasındaki hidrolojik davranıĢı ve
kirlilik taĢınımını etkilemektedir [Kazezyılmaz-Alhan ve diğ, 2007]. Dere, göl, bataklık gibi
yüzey suyu kaynaklarının kenarlarında oluĢan geçiĢ bölgelerinde oluĢan yüzey suyu-yeraltı suyu
etkileĢimlerinin önemi Winter ve diğ. [1998], Winter [1999] ve Price ve Wadington [2000]
tarafından tartıĢılmıĢtır.
Yeraltı suyu akıĢını tanımlamak, yüzey suyu-yeraltı suyu etkileĢimlerini açıklamak, ve yeraltı
suyunun bölgesel etkilerini gözlemlemek üzere birçok duyarlılık analizleri ve matematiksel
hidrolojik modelleme çalıĢmaları yapılmaktadır. Bu hidrolik ve hidrolojik çalıĢmaların önemli
bir bölümü MODFLOW programı ve bu programa entegre edilebilen paket programlarla
gerçekleĢtirilmektedir [Bradley, 1996, 2002; Restrepo ve diğ., 1998]. Zaadnoordijk [2009]
tarafından yüzey suyu-yeraltı suyu etkileĢimlerini açıklayabilmek için MODFLOW bilgisayar
programında bulunan Genel Sınır KoĢulları ve Dren [General Head Boundary ve Drain] paketleri
birleĢtirilmiĢtir. Huang ve diğ. [2008] geniĢ alanlarda yeraltı suyu ve madde taĢınımı
problemlerini çözmek üzere MODFLOW yeraltı suyu akıĢ modelini ve R3TD taĢınım
simülatörünü paralel hesaplama yöntemi ile birleĢtirerek alternatif bir çözüm yöntemi
önermiĢlerdir. Knigth ve Rassam [2007], nehir-akifer iliĢkisini zaman serisi analizleri ve tahmin
yöntemiyle yaptıkları nümerik analizlerle modellemiĢlerdir. Mehl ve diğ. [2006], çeĢitli Yersel
Sistem Düzenleme [Local Grid Refinement] metodlarını MODFLOW-2000 simülasyonları ile
karĢılaĢtırarak bu metodların avantaj ve dezavantajlarını tartıĢmıĢlardır. Virginia havzasında
yapılan hidrolojik bir çalıĢma ile arazi kullanımının yeraltı suyu ve nehir akıĢına olan etkileri
incelenmiĢtir [Cho ve diğ., 2009].
Nehir-akifer iliĢkisini incelemek üzere farklı bölgeler için MODFLOW kullanılarak birçok
uygulama çalıĢması yapılmıĢtır. Safavi ve Bahreini [2009], yüzey suyu-yeraltı suyu
650
etkileĢimlerini jeolojik değiĢkenler ile inceleyerek, kurdukları modeli Najafabad bölgesine
entegre etmiĢlerdir. Kania ve diğ. [2006] Polonya‘da farklı bölgelerde yaptıkları çalıĢmada,
yeraltı suyu, nehir ve barajlardaki kompleks etkileĢimleri MODFLOW ve MT3D programları ile
incelemiĢlerdir. Wilcox ve diğ. [2007] Rio Grande nehrinde yaptıkları deneysel çalıĢma ile akifer
karakteristiklerini ve yeraltı suyunu incelemiĢ, ayrıca hidrolojik değiĢkenlerin bu sisteme etkisini
gözlemlemek üzere duyarlılık analizleri yapmıĢlardır.
Literatürde yapılmıĢ olan çalıĢmalara katkıda bulunmak amacıyla, bu çalıĢmada VISUAL
MODFLOW programı ve programa entegre edilebilen diğer modüller kullanılarak, yüzey
sularını ve yeraltı suyunu birbiri ile iliĢkili olarak ele alan ve yüzey suyu-yeraltı suyu
etkileĢimlerini içeren kavramsal bir nehir-akifer sistemi oluĢturulmuĢtur. Nehre ait önemli
parametreler kullanılarak pek çok prototip modeller oluĢturulmuĢ ve yüzey suyu-yeraltı suyu
etkileĢimlerini gözlemleyebilmek için duyarlılık analizleri yapılmıĢtır. Duyarlılık analizleri ile
farklı parametreler kullanılarak yüzey suyu-yeraltı suyu etkileĢimlerinin nehir akıĢına, yeraltı
suyu akımına ve nehir-akifer iliĢkisine olan etkileri araĢtırılmıĢtır.
2.YÜZEY SUYU-YERALTI SUYU ETKĠLEġĠMLERĠ
Yeraltı suları ve yüzey suları her türlü formasyonda etkileĢime girebilmektedirler. Yeraltı suları
ile etkileĢimde olan yüzey suları, bölgesel özellikler ve akıĢ özelliklerine göre yeraltı suyundan
beslenebilir veya yeraltı sularını besleyebilirler. Göl gibi düĢük kotlu ve geniĢ alana yayılan
yüzeysel sularda genel olarak yeraltı suyu gölü beslerken, göldeki su miktarına önemli ölçüde
etki eder. Bölgesel özelliklere ve gölün topoğrafik kotuna göre yer yer göllerden yeraltı suyuna
geçiĢ olması ise yeraltı suyunun beslenmesine etki edebilir. Yeraltı suları daha büyük su
kütlelerine doğru ilerlerken geçiĢ bölgelerinde meydana gelen veya topoğrafyadaki ani eğim
kırılmalarında yeraltı suyunun yüzeye çıkması ile meydana gelen bataklıklar, yeraltı suyu ile
önemli etkileĢimde bulunurlar. Nehirlerde ise suyun debisi, nehrin akıĢ hattı, nehir tabanından
oluĢan sızma ve hidrolik yük etkileri yeraltı suyu ile nehir arasında çok önemli etkileĢimlere
neden olur. Nehirdeki veya yeraltı suyundaki kirlilik konsantrasyonu da etkileĢimle birlikte
değiĢim gösterir. Kirlilik taĢınımı modellemelerinde yüzey suyu modelleri ile yeraltı suyu
modellerinin entegrasyonu, konsantrasyon dağılımını belirleyebilmek için gereklidir. ġekil 1‘de
bataklık, göl, deniz ve nehir ile etkileĢime giren yeraltı suları Ģematize edilmiĢtir.
ġekil 1. Sulak bölgelerde yüzey suyu-yeraltı suyu etkileĢimleri
3.MODFLOW (MODULAR THREE DIMENSIONAL FINITE DIFFERENCE GROUND
WATER FLOW MODEL)
MODFLOW programı yeraltı suyu akımını tanımlayan diferansiyel denklemleri sonlu farklar
yöntemiyle çözerek yeraltı suyu akımını 3 boyutlu olarak modelleyebilen bir programdır.
Program, çalıĢma alanını çok küçük kontrol hacimlerine bölerek, her bir kontrol hacmi için
651
matematiksel hesaplamalar yapar ve oldukça hassas sonuçlar verir. VISUAL MODFLOW ise bu
temel üzerine kurulan ve sonlu farklar yöntemiyle yazılmıĢ birçok modülün entegre edilebildiği
bir programdır. Programın bu geliĢmiĢ versiyonu MODFLOW, MODPATH, ZoneBudget,
MT3Dxx/RT3D ve WinPEST paketlerinin entegrasyonunu içerir. MODFLOW programının
yeraltı suyu akımını çözmek için kullandığı diferansiyel denklem takımı Ģu Ģekildedir
[McDonald and Harbaugh,1988]:
Burada Kxx, Kyy ve Kzz akiferin x, y, z doğrultularındaki hidrolik iletkenliği (L/T), h hidrolik yükü
(L), W hacimsel su giriĢi/kaybını (1/T) (W>0 ise yeraltı suyu akım sistemine su giriĢi
(beslenme) ve W<0 ise sistemden su kaybı (boĢalım)), Ss akiferin özgül depolama katsayısını
(1/L), t zamanı (T) ifade etmektedir.
MODFLOW programı yüzey suyu-yeraltı suyu etkileĢimini incelerken, yüzey sularını ve yeraltı
suyunu birbirinden bağımsız sistemler olarak algılamaz ve aynı sistemin parçaları olarak
modeller. Göl, deniz, bataklık gibi büyük su kütlelerindeki etkileĢimi sızma ile çözümlerken,
nehir gibi yüksek akım hızı mevcut yüzey sularında ise etkileĢim debisini hesaplayabilmektedir.
Modeldeki sabit ve değiĢken sınır koĢullarını kullanarak yeraltı su seviyesi dağılımını hesaplar.
Nehirdeki su yüksekliğini de sınır koĢulu olarak kullanarak, yeraltı suyu ile nehir arasındaki su
alıĢ-veriĢini modeller. Program, hesapladığı yüzey suyu-yeraltı suyu etkileĢiminin debisini
kullanarak nehir ve akifer arasında oluĢan madde taĢınımını da hesaplayabilir. Yeraltı suyu
akımını kullanarak nehirden akifere geçen kirlilik maddesinin akifer içerisindeki konsantrasyon
dağılımını çözer.
4.KAVRAMSAL MODELĠN OLUġTURULMASI
Visual MODFLOW programında gerekli veriler kullanılarak her bölgenin yeraltı suyu modeli
sonlu farklar metodu ile oluĢturulabilir ve böylece oluĢturulan 3 boyutlu modeller ile bölgesel
yeraltı suyu davranıĢı belirlenebilir. Programın bu nitelikleri göz önüne alınarak gerçeğe yakın
kavramsal modeller kurulması, parametrik analizler ile etkileĢimin açıklanması, teorik
kuramların geçerliliğinin ve uygulamadaki etkilerinin gösterilmesi, farklı senaryoların sahadaki
muhtemel etkilerinin incelenebilmesi açısından oldukça faydalı çalıĢmalar olmaktadır. Bu
çalıĢmada kurulan prototip modellerle nehre ait önemli parametrelerin yüzey suyu-yeraltı suyu
etkileĢimleri üzerine olan etkileri gözlemlenmiĢtir. Her bir prototip model, temel özellikleri
belirlenmiĢ bir akifer içinde kurulmuĢ ve her parametre için farklı analizler yapılmıĢtır.
Analizlerde öncelikle siltli zemin özelliğindeki akiferde, nehir yatağındaki eğim değiĢiminin
etkileĢimler üzerindeki rolü araĢtırılmıĢtır. Sonrasında nehir yatağı boyunca pürüzlülüğün
değiĢmesinin etkileĢim debisini nasıl etkilediği incelenmiĢ ve son olarak nehir yatağının bir
bölümündeki ani eğim değiĢiminin yüzey suyu-yeraltı suyu etkileĢimi üzerindeki rolü
yorumlanmıĢtır. Tüm bu analizlere ait parametrelerin iĢlendiği temel prototip ġekil 2‘de, akifer
karakteristikleri ise Tablo 1‘de görülmektedir.
652
Tablo1. Akifer karakteristikleri
Parametre
Hidrolik iletkenlik (x yönü)
Değer
1.83×10-4
Birim
cm/s
Hidrolik iletkenlik (y yönü)
1.83×10-4
cm/s
Hidrolik iletkenlik (z yönü)
-4
cm/s
1.83×10
-5
Özgül depolama katsayısı
1×10
Efektif porozite
0.23
Toplam porozite
0.501
1/m
ġekil 2. Temel prototip model
5.BULGULAR VE YORUMLAR
Akımın oluĢtuğu yüzeyin eğimi, akımın hızını, debisini ve su yüksekliğini doğrudan etkilemekte,
akım karakterini değiĢtirebilmektedir. Ayrıca eğimin sızma üzerinde önemli bir etkisinin olduğu
da bilinmektedir [Boyraz, 2008]. Bu durumda nehir yatağındaki eğim, akıĢı, nehir tabanındaki su
geçiĢini ve nehir ile akifer arasındaki su alıĢveriĢini yani yüzey suyu-yeraltı suyu etkileĢimlerini
etkileyecektir. Bu etkiyi gözlemlemek üzere çalıĢmanın bu bölümünde eğim dikkate alınarak
parametrik analizler yapılmıĢtır. Analizlerde tek segmentli, düz akıĢ hattına sahip basit bir nehir,
akifer modeline entegre edilmiĢtir. Nehir yatağının eğimi ve pürüzlülük katsayısı tanımlanmıĢtır.
Nehrin menba noktasında 4 m3/s‘lik debi tanımlanmıĢtır. Farklı eğim değerleri ile 3 farklı model
kurulmuĢtur. Birinci model düĢük eğimli nehir yatağını, ikinci model orta derece eğimli nehir
yatağını, üçüncü model ise yüksek eğimli bir nehir yatağını temsil etmektedir. Her modelde
tanımlanmıĢ olan nehir parametreleri Tablo 2‘de sunulmuĢtur.
653
Tablo 2. Nehir parametreleri.
Nehir
Nehir
Nehir
yatağının yatağının
Modeli
başlangıç bitiş
kotu
kotu (m)
(m)
5
4
DüĢük
eğim
6
4
Orta eğim
8
4
Yüksek
eğim
Eğim
Genişlik
(m)
0.0005
0.001
0.002
Debi
(m3/s)
Hidrolik
İletkenlik
(cm/s)
10
Nehir
yatağı
sürtünme
katsayısı
0.06
4
1.83×10-4
10
10
0.06
0.06
4
4
1.83×10-4
1.83×10-4
ġekil 3‘te analiz sonucu elde edilen yeraltı suyu dağılımı, ġekil 4a ve 4b‘de ise nehir-akifer
etkileĢiminin debisi ve nehir akıĢına olan etkisi görülmektedir. ġekil 3‘te sunulan yeraltı suyu
dağılımı incelendiğinde, tüm modellerde akıĢın benzer olduğu ancak nehirdeki su seviyelerinin
farklı olduğu görülmektedir. DüĢük eğime sahip modelde nehirdeki su yüksekliği 1 m iken,
yüksek eğimli modelde su yüksekliği 0.6 m civarında oluĢmuĢtur.
S=0.0005
S=0.001
S=0.002
ġekil 3. Farklı nehir yatağı eğimleriyle elde edilen yeraltı suyu dağılımı
(a)
(b)
654
ġekil 4. Nehir yatağındaki eğim değiĢiminin nehir-akifer iliĢkisine ve nehir akıĢına olan etkileri.
ġekil 4 (a)‘da 3 modelden elde edilen etkileĢim debileri görülmektedir. Grafik incelendiğinde
tüm modellerde etkileĢim karakterinin nehrin aynı bölgesinde benzer olduğu, öte yandan farklı
modeller için etkileĢim debisinin büyüklüğünün değiĢtiği görülmektedir. Bu grafikte pozitif debi
değerleri nehirden akifere doğru olan akımı, negatif debi değerleri ise akiferden nehre doğru olan
akımı göstermektedir. DüĢük eğimde etkileĢim debisi en düĢük değere sahiptir. Eğim arttıkça
etkileĢim debisinin değeri hem akiferden nehre doğru, hem de nehirden akifere doğru olan
akımlar için artıĢ göstermiĢtir. Ayrıca etkileĢimin debisini gösteren eğri düĢük eğimde yatay
doğrultuya daha yakındır. Eğim arttıkça eğri yatay doğrultudan uzaklaĢarak, düĢey doğrultuya
yaklaĢmıĢtır. Yani eğimin artması nehir boyunca görülen etkileĢim debisinin ∆x mesafesindeki
değiĢim miktarını etkilemiĢtir. Kurulan 3 modelde, nehrin baĢlangıcına verilen 4 m3/s‘lik debinin
etkileĢim sonucu değiĢimini gösteren grafik ise ġekil 4 (b)‘de görülmektedir. Burada düĢük eğim
sonucu nehirdeki debinin en yüksek mertebede olduğu, eğim arttıkça da nehirdeki debinin
azaldığı görülmektedir. DüĢük eğimde etkileĢim debisi az olduğundan ve debi değiĢiminin
mertebesi çok küçük olduğundan nehirdeki akıĢ daha az etkilenmiĢtir. Eğim arttıkça nehir
boyunca ∆x mesafesindeki debi değiĢiminin artması ve etkileĢim debisinin de bu duruma paralel
olarak artıĢ göstermesi sonucu, akifere daha fazla su giriĢi olmuĢ ve nehirdeki akıĢ daha çok
etkilenmiĢtir.
AkıĢı etkileyen en önemli nehir parametrelerinden birisi de nehir yatağının karakteridir. Nehir
yatağındaki zemin tanelerinin tipi ve boyutları, ve su altındaki bitkilerin yoğunluğu suyun akıĢını
etkileyen özelliklerdir. Bu durum hidrolik hesaplara ‗pürüzlülük katsayısı‘ parametresiyle dahil
edilir. Pürüzlülük katsayısı akımın debisini ve hızını doğrudan etkilediğinden yüzey suyu-yeraltı
suyu etkileĢimleri üzerindeki rolü araĢtırılmalıdır. Bu sebeple tek segmentli, düz akıĢ hattına
sahip basit bir nehir, akifer modeline entegre edilmiĢ ve farklı pürüzlülük katsayıları ile 3 farklı
model kurulmuĢtur. Seçilen katsayılar doğal formasyona sahip bir nehir yatağı düĢünülerek
belirlenmiĢtir. Her modelde tanımlanan nehir parametreleri Tablo 3‘te sunulmuĢtur. Analiz
sonucu elde edilen akımının dağılımı ise ġekil 5‘te gösterilmiĢtir. Bu akıĢ incelendiğinde
dağılımın benzer olduğu ancak su seviyesinin pürüzlülüğün yüksek olduğu modelde 6.8 m ile
maksimum değerine ulaĢtığı görülmektedir. ġekil 6‘daki etkileĢim grafiği incelendiğinde, her üç
pürüzlülük değeri için de yaklaĢık olarak aynı miktarda debi hesaplanmıĢtır. EtkileĢim debisini
gösteren eğriler birbirine oldukça yakındır. Ancak detaylı olarak incelendiğinde yüksek
pürüzlülüğün olduğu durumda etkileĢim debisinin daha yüksek olduğu, pürüzlülük düĢtükçe
debinin de düĢtüğü söylenebilir. Ancak aralarındaki değiĢim 10-9 mertebelerinde olduğundan, bu
değiĢim ihmal edilebilir bir mertebededir. Nehirdeki debi değiĢimi incelendiğinde ise
pürüzlülüğün az da olsa etkileĢime etki ettiği görülmektedir. Debi değerleri birbirine çok
yakındır; ancak pürüzlülüğün en düĢük olduğu durumda nehrin debisi daha fazladır. Öte yandan
pürüzlülük arttıkça etkileĢimin artmasından dolayı nehirden akifere doğru daha fazla bir geçiĢ
görülmüĢ ve nehrin debisi daha çok düĢmüĢtür.
Tablo 3. Nehir parametreleri
Nehir
Nehir
Nehir
yatağının
yatağının
modeli
başlangıç
bitiş kotu
kotu (m)
(m)
4
DüĢük pür. 6
6
4
Orta pür.
6
4
Yüksek
pür.
Pürüzlülük Genişlik
(m)
0.03
0.06
0.09
10
10
10
655
Nehir
yatağı
sürtünme
katsayısı
0.03
0.06
0.09
Debi
(m3/s)
Hidrolik
İletkenlik
(cm/s)
4
4
4
1.83×10-4
1.83×10-4
1.83×10-4
n=0.09
2
ġekil 5. Farklı nehir yatağı pürüzlülüğü ile elde edilen yeraltı suyu dağılımı.
n=0.03
n=0.06
ġekil 6. Nehir yatağındaki pürüzlülük değiĢiminin nehir-akifer iliĢkisine ve nehir akıĢına etkisi.
Nehir yatakları, bölgesel topoğrafik özelliklerden dolayı her zaman aynı eğimle ilerlemeyebilir.
Aynı yatak üzerindeki farklı eğimler akımın karakterini değiĢtirebilirler. ÇalıĢmanın bu
bölümünde 2000 m uzunluğunda, düz akıĢ hattına sahip olan bir nehrin orta kısmındaki, yaklaĢık
olarak 100 m‘lik bir bölgesinde ani eğim değiĢimi yapılarak akımda meydana gelen değiĢiklikler
incelenmiĢtir. Bu değiĢimin yüzey suyu-yeraltı suyu etkileĢimlerine olan etkileri gözlenmiĢtir.
Modeller kurulurken 3 farklı durum göz önüne alınmıĢtır. Birinci durumda ani eğim değiĢimi
düĢük bir eğimle gerçekleĢmiĢtir. Ġkinci ve üçüncü durumlarda bu eğim biraz daha arttırılmıĢtır.
Kullanılan nehir düz akıĢ hattına sahiptir ve 3 segmentten oluĢmaktadır. 1. segmentin eğimi tüm
modellerde sabit ve 0.00063, 3. segmentin eğimi sabit ve 0.0005 değerindedir. 2. segment ani
eğim değiĢiminin olduğu segmenttir. 2. segmentin eğimi ani eğim değiĢiminin düĢük eğimle
gerçekleĢtiği durumda 0.005, orta dereceli eğimle gerçekleĢtiği durumda 0.01, yüksek eğimle
gerçekleĢtiği durumda ise 0.015 değerlerindedir. Nehir yatağının pürüzlülüğü tüm modellerde
0.06‘dır. Nehrin menba noktasında
4 m3/s‘lik debi tanımlanmıĢtır. OluĢturulan farklı nehir
durumları siltli basit akifer modeline entegre edilmiĢtir. Analiz sonucu elde edilen yeraltı suyu
akımı ve hız dağılımları ġekil 7‘de, bu durumda oluĢan etkileĢimler ve nehirdeki debi değiĢimi
ġekil 8‘de görülmektedir.
656
S=0.005
S=0.01
S=0.015
ġekil 7. Farklı eğimlerle gerçekleĢen ani eğim değiĢimi ile elde edilen yeraltı suyu dağılımı
DüĢük eğimle ani düĢüĢ
Orta dereceli eğimle ani düĢüĢ
Yüksek eğimle ani düĢüĢ
ġekil 8. Nehir yatağındaki ani eğim değiĢiminin nehir-akifer iliĢkisine ve nehir akıĢına etkisi.
ġekil 7‘de görüldüğü gibi yeraltı suyu yayılarak aĢağı doğru ilerlerken 2. segmentteki ani eğim
değiĢiminin etkisi ile nehre doğru ani bir dönüĢ yapmıĢ ve genel hareket dairesel bir forma
benzemiĢtir. Eğimin aniden değiĢtiği bölgede hız vektörlerindeki yoğunlaĢma, bu bölgede
önemli etkileĢimlerin olduğunu göstermektedir. ġekil 8‘deki etkileĢim grafikleri incelendiğinde,
tüm durumlar için baĢlangıçta nehirden akifere doğru akım varken, çıkıĢa yakın noktalarda
akiferden nehre doğru bir akım olduğu görülmektedir. Tüm modellerde ani eğim değiĢiminin
olduğu bölgede etkileĢim artmıĢ ve pik değerine ulaĢmıĢtır. BaĢlangıç ve bitiĢ noktalarında
etkileĢim debisinin mertebesinin aynı olduğu ve tüm durumlar için aralarındaki farkın da az
olduğu görülmektedir. Ancak etkileĢim debisinin pik değerine ulaĢtığı yerde yani ani eğim
değiĢiminin oluĢtuğu bölgede, nehrin taban kotundaki ani düĢüĢün yüksek eğimle gerçekleĢtiği
durumda etkileĢim debisi en yüksek değerindedir. Ayrıca ani düĢüĢün olduğu bölgede etkileĢim
debileri tüm durumlarda 10-6 m3/s mertebesinden 10-4 m3/s mertebesine kadar yükselmiĢtir. Bu
yükselme miktarının yine ani eğim düĢüĢünün yüksek eğimle gerçekleĢtiği durumda en fazla
olduğu ve maksimum etkileĢim debisinin 3×10-4 m3/s ‗ye kadar çıktığı gözlenmiĢtir. Aynı
Ģekilde nehirdeki debi değiĢimi, azalırken en fazla düĢüĢü, yükselirken de en fazla artıĢı, ani
düĢüĢün yüksek eğimle gerçekleĢtiği durumda göstermiĢtir. Bu da etkileĢimlerin yüksek eğimle
gerçekleĢen ani düĢüĢten daha fazla etkilendiğini göstermektedir. En az etkileĢim ise düĢük
eğimle gerçekleĢen ani düĢüĢte görülmüĢtür.
657
6.SONUÇLAR
Bu çalıĢmada yüzey suyu-yeraltı suyu etkileĢimlerinin hidrolojik davranıĢını belirlemek üzere
farklı nehir-akifer sistemi içeren prototip modeller kurulmuĢtur. Bu kavramsal prototip modeller
ile yüzey suyu-yeraltı suyu etkileĢimlerinin nehir ve yeraltı suyu akımı üzerindeki etkileri
incelenmiĢtir.
Nehir yatağının sahip olduğu eğimin yüzey suyu-yeraltı suyu etkileĢimleri üzerindeki rolünü
belirlemek üzere düĢük, orta dereceli ve yüksek eğimli 3 farklı prototip model kurulmuĢ ve
yapılan analizlerde nehir yatağının eğimi arttıkça etkileĢimin gerçekleĢtiği yöndeki etkileĢim
debisinin de arttığı görülmüĢtür. Bu sonuçlardan etkileĢimin, akımın hızından etkilendiği
sonucuna varılmıĢtır.
Nehir yatağındaki pürüzlülüğün yüzey suyu-yeraltı suyu etkileĢimleri üzerindeki etkileri
incelenmiĢ ve düĢük, orta ve yüksek pürüzlülüğe sahip 3 farklı model ile analizler yapılmıĢtır.
Elde edilen sonuçlara göre pürüzlülük arttıkça etkileĢimin gerçekleĢtiği yöndeki debisi artmıĢ,
ancak bu artıĢ ihmal edilebilecek kadar küçük olmuĢtur. Pürüzlülüğün artması etkileĢimin
gerçekleĢtiği kesit alanını arttırmasına rağmen etkileĢim debisinde belirgin bir artıĢ
göstermediğinden, hız parametresinin etkileĢimler üzerinde daha dominant bir etkisinin olduğu
kanısına varılmıĢtır.
Nehir yatağının belirli bir bölümünde eğimin ani olarak değiĢmesinin yüzey suyu-yeraltı suyu
etkileĢimleri üzerindeki etkileri araĢtırılmıĢtır. ÇalıĢmanın bu kısmında ani eğim değiĢimindeki
eğim düĢük, orta dereceli ve yüksek olarak derecelendirilerek 3 model kurulmuĢtur. Analiz
sonuçlarına göre ani eğim değiĢiminin olduğu yerlerde nehirdeki genel etkileĢim karakterine
göre ani bir artıĢ olduğu görülmüĢtür. Bu artıĢ miktarının ise ani eğimin gerçekleĢtiği eğim
değerinin yükselmesi ile arttığı gözlenmiĢtir.
KAYNAKLAR
1. BRADLEY, C., 2002, Simulation of annual water table dynamics of a floodplain wetland,
Narborough Bog, UK, Journal of Hydrology, 261, 150-172.
2. BOYRAZ, U., 2008, Büyükçekmece Havzasının Bataklık Modeli, Lisans Projesi, Ġst. Üni..
3. BOYRAZ, U., KAZEZYILMAZ-ALHAN, C. M., Büyükçekmece Havzası Bataklık
Bölgesinin Hidrolojik Modeli, I. Ulusal Sulak Alanlar Konferansı Bildiriler Kitabı, Temmuz
2008 Kayseri, 142-153.
4. CHO J. , BARONE, V. A., MOSTAGHIMI, S., 2009, Simulation of land use impacts on
groundwater levels and streamflow in a Virginia watershed, Agricultural Water Management,
96(1),1-11.
5. HUANG, J.Q., CHRIST, J. A., GOLTZ, M. N., 2008, An assembly model for simulation of
large-scale groundwater flow and transport, Groundwater, 46(6), 882-892.
6. KANIA, J., HALADUS, A., WITCZAK, S., 2006, On modelling of ground and surface water
interactions, Groundwater and Ecosystems, 70,183-194.
7. KAZEZYILMAZ-ALHAN, C.M., MEDINA Jr, M.A., 2007, Kinematic and Diffusion Waves,
Analytical and Numerical Solutions to Overland and Channel Flow, Journal of Hydraulic
Engineering-ASCE, 133 (2), 217-228.
658
8. KAZEZYILMAZ-ALHAN, C.M., MEDINA, M.A., Jr and RICHARDSON, C.J., 2007, A
Wetland Hydrology and Water Quality Model Incorporating Surface Water/Groundwater
Interactions, Water Resources Research, 43 (4), W04434.
9. KAZEZYILMAZ-ALHAN, C.M.,
MEDINA, M.A. JR., 2008, The effect of
surface/groundwater interactions on wetland sites with different characteristics, Desalination,
226, 298-305.
10. KNIGHT, J. H., RASSAM, D. W., 2007, Groundwater head responses due to random
stream stage fluctuations using basis splines, Water Resources Research, 43(6), W06501
11. MCDONALD,M.G.,HARBAUGH,A.W.,1988, A Modular Three Dimensional FiniteDifference Groundwater Flow Model, U. S. Government Printing Office, Washington, 01-98583961.
12. MEHL, S., HILL, M.C., LEAKE, S.A, 2006, Comparison of local grid refinement methods
for Modflow, Groundwater, 44(6),792-796.
13. PRICE, J.S., WADINGTON, J.M., 2000, Advances in Canadian wetland hydrology and
biochemistry, Hydrological Processes, 14(9), 1579-1589.
14. RESTREPO, J.I., MONTOYA, A.M., OBEYSEKERA, J., 1998, A wetland simulation
module for the MODFLOW groundwater model, Groundwater, 36(5), 764-770.
15. SAFAVI, H. R., BAHREINI G. R., 2009, Conjunctive simulation of surface water and
groundwater resources under uncertainty, Iranian Journal Of Science And Technology
Transaction B-Engineering, 33(B1), 79-94.
16. WILCOX, L.J., BOWMAN, R. S., SHAFIKE, N.G., 2007, Evaluation of Rio Grande
management alternatives using a surface-water/ground-water model, Journal Of The American
Water Resources Associatıon, 43(6), 1595-1603.
17. WINTER, T.C., HARVEY, J.W., FRANKE, O.L., ALLEY, W.M., 1998, Groundwater and
surface water a single resource, U.S. Geological Survey Circular, 1139.
18. WINTER, T.C., 1999, Relation of streams, lakes, and wetlands to groundwater flow systems,
Hydrogeology Journal, 7,28-45.
19. YILDIRMIġ/BOYRAZ, ġ., KAZEZYILMAZ-ALHAN, C. M., 2008, Büyükçekmece
havzası yeraltı suyu modeli ve yüzey suyu-yeraltı suyu etkileĢimleri, Konya Kapalı Havzası
Yeraltı Suyu Kuraklık Konferansı Bildiriler Kitabı, Eylül 2008 Konya, 204-214
20. ZAADNOORDIJK, W.J., 2009, Simulating piecewise-linear surface water and groundwater
interactions with Modflow, Groundwater, 47(5), 723-726.
659
VALĠDE SULTAN KÖPRÜSÜNÜN HALĠÇ ÜZERĠNDE HĠDROLĠK
AÇIDAN EN UYGUN YERĠNĠN SEÇĠMĠ
Tarkan ERDĠK
[email protected]
[email protected]
Yrd. Doç. Dr. Mehmet ÖZGER
[email protected]
Yrd. Doç. Dr. Ali UYUMAZ
[email protected]
ÖZET
Haliç‘in fiziksel karakterini, karmaĢık ve çok değiĢkenlik gösteren hidrolojik, meteorolojik,
oĢinografik ve hidrolik etkiler bir arada belirler. Bu yüzden Haliç üzerine konacak herhangi bir
yapının su sirkülasyonuna etkilerinin çok iyi bir Ģekilde belirlenmesi gerekir. Valide Sultan
Köprüsü dubalı olması sebebiyle yeri isteğe göre değiĢtirilebilmektedir. Bununla birlikte su
akımlarına etkisi de konacağı yere göre değiĢmektedir. Bu çalıĢmada dubalı köprünün hidrolik
açıdan uygun bir yere yerleĢtirilmesi ve uygun köprü ayak Ģekillerinin belirlenmesi konuları
araĢtırılmıĢtır. Bu amaç doğrultusunda Haliç‘in hidrodinamik modellemesi yapılmıĢtır. Köprü
yeri çeĢitli senaryolar için denenmiĢtir.
Anahtar Kelimeler: Haliç, Valide Sultan Köprüsü, köprü ayağı, hidrodinamik model.
SUITABLE LOCATION DETERMINATION FOR VALIDE SULTAN BRIDGE ON
GOLDEN HORN CONSIDERING HYDRAULIC PRINCIPLES
ABSTRACT
The physical characteristic of Golden Horn consists of complex and multivariable hydrologic,
meteorological, oceanographic, and hydraulic factors. It is, therefore, very important to
investigate all effects of projected water structures to the flow circulation on Golden Horn.
Valide Sultan Bridge can be replaced along the estuary by using its buoys. However, the effect
of bridge to the flows varies considerably depending upon its location. This study aims to
investigate a suitable location for this bridge in terms of hydraulic conditions and to determine
661
optimum geometrical shape of the bridge piers. Various scenarios were tested for bridge location
considering the Golden Horn hydrodynamic model.
Keywords: Golden Horn, Valide Sultan Bridge, bridge piers, hydrodynamic model.
1.GĠRĠġ
GerçekleĢtirilen bu araĢtırmada geçmiĢ çalıĢmalar incelenerek, Haliç‘in sirkülasyon modelinin
girdileri belirlenmeye çalıĢılmıĢtır. Haliç‘in fiziksel karakterini, karmaĢık ve çok değiĢkenlik
gösteren hidrolojik, meteorolojik, oĢinografik ve hidrolik etkiler bir arada belirler. Bu konu ile
ilgili geçmiĢte birçok önemli çalıĢma yapılmıĢtır (DAMOC, 1971; Doğrusal ve Güçlüer, 1977;
Tezcan ve diğ., 1977; Saydam ve diğ., 1988; Ergin ve diğ., 1990; Saydam ve Salihoğlu, 1991;
IMC, 1997, Öztürk ve diğ., 2001; Alpar ve diğ., 2003). Bu incelemeler neticesinde aĢağıdaki
önemli bulgular dikkat çekicidir.
1. Normal Ģartlar altında Akdeniz sularının Haliç‘e girmesi beklenmemektedir Ancak yapılan
çalıĢmalar neticesinde kuzey yönüne doğru esen rüzgârların Akdeniz sularını Haliç‘in
KasımpaĢa bölgesine kadar taĢıdığı belirlenmiĢtir (Alpar ve diğ., 2003).
2. Haliç bölgesindeki rüzgâr incelemeleri neticesinde; yaz aylarında Karadeniz‘den Kuzey-Doğu
yönünde esen rüzgârların %60 sıklıkla baskın olduğu, kıĢ aylarında ise Güney-Doğu ve GüneyBatı yönünde esen rüzgârların %20 sıklıkla baskın olduğu belirlenmiĢtir (Alpar ve diğ., 2003).
3. Alpar ve diğ., (2003) gerçekleĢtirdikleri ölçümlerde, gelgitlerin Haliç bölgesindeki su seviyesi
değiĢimlerine etkisinin yalnızca 4 cm olduğunu belirtmiĢlerdir. Buradan anlaĢılmaktadır ki,
meteorolojik olaylar (rüzgâr) gelgitlere göre su sirkülasyonu açısından daha etkilidir.
4. Alpar ve diğ., (2003) Haliç‘te bulunan Galata Köprüsü‘nde akım ölçümlerinde
bulunmuĢlardır. GerçekleĢtirdikleri bütün ölçümleri bir arada değerlendirerek Haliç‘teki
ortalama akım hızını 6.2 cm/s olarak belirlemiĢlerdir. Ayrıca, Haliç yüzeyinde yaptıkları
ölçümler neticesinde; bütün ölçümleri bir arada değerlendirerek ortalama akım hızının 8.1 cm/s,
maksimum akım hızının ise 46 cm/s olduğunu bulmuĢlardır.
5. KabdaĢlı, S., (2007) Valide Sultan Köprüsü‘nün eski görev yeri olan Haliç bölgesinin
Eminönü-Karaköy arasıdaki giriĢinin dalga etkilerine hemen hemen tam korunmuĢ bölge
olduğunu bildirmiĢtir.
1.1.Köprü Yeri Ġle Ġlgili Önceki ÇalıĢmalar
Valide Sultan Köprüsü‘nün yerleĢtirileceği yer konusunda bazı çalıĢmalar yapıldığı
bilinmektedir. Bunlar aĢağıda özetlenmiĢtir;
1. 1998 yılında yapılan bir çalıĢmada köprünün Tuzla Gölü ağzına yerleĢtirilmesi alternatifi ile
Haliç‘teki Balat-Hasköy arasındaki durumu karĢılaĢtırılmıĢ ve Haliç‘teki Balat-Hasköy hattının
daha uygun olduğu belirlenmiĢtir (Ağıralioğlu, 1998).
2. 2000 yılında YTÜ tarafından hazırlanan bir teknik raporda, dubalı sistem yanında kazıklı
sistem de irdelenmiĢ, ayrıca köprü enkesitinin Haliç‘in memba tarafında (Feshane-Sütlüce)
kazıklı olarak yapılabileceği ifade edilmiĢtir (Ekiz ve diğerleri, 2000).
662
3. 2007‘de yapılan diğer bir çalıĢmada Valide Sultan Köprüsü‘nün Haliç dıĢına
konumlandırılması irdelenmiĢ ve köprünün Haliç dıĢında konumlandırılması alternatiflerinin
uygun olmadığı görüĢü beyan edilmiĢtir (KabdaĢlı, 2000).
1.2.Köprü Ayak ġekli ile Ġlgili Önceki ÇalıĢmalar
Herhangi bir akarsu üzerinde köprü inĢa edildiğinde akarsuyun doğal akıĢında birtakım yerel
değiĢimler meydana gelir. Köprü ayakları suyun akıĢını engeller ve köprünün memba tarafında
su seviyesi yükselir. Su seviyesindeki bu artıĢ kabarma olarak isimlendirilir. Meydana gelen
kabarma miktarı; köprü ayağının geometrik Ģekline, akım içindeki pozisyonuna, kesiti daraltma
oranına ve suyun normal seviyesi ve hızına bağlıdır. Kabarma miktarı ve kabarma miktarına etki
eden bu faktörler ile ilgili teorik ve deneysel birçok çalıĢma yapılmıĢtır (Ghodsian ve diğ., 2000;
Ghodsian ve Shafieefar, 2001; El-Affy, 2006).
Köprü ayağı tipinin sirkülasyona etkisi ile ilgili çalıĢmalar 150 yıl öncesine dayanmaktadır.
d‘Aubuisson (1840), Nagler (1918) ve Yarnel (1934) bu çalıĢmaların öncüleri ve en
önemlileridir. Türbülanslı akımlarda d‘Aubuisson denklemi iyi sonuç verirken, düĢük ve orta
seviyedeki türbülanslı akımlarda Nagler‘in denklemi daha iyi sonuç vermektedir. Fakat yüksek
hızlı akımlarda her iki denklem de dikkat edilerek kullanılmalıdır (Hamill, 1999). Yarnel (1934)
kendisinden önceki araĢtırmacılara göre çok geniĢ aralıklı testler yapmıĢ ve bulduğu sonuçları
geçmiĢ çalıĢmalarla karĢılaĢtırmıĢtır. Yarnel (1934) yarım daire burunlu ve kuyruklu kazıkların
akımın etkisini en az hissetmesinden dolayı en iyi sonucu verdiğini belirtmiştir. ġekil 1‘de
Yarnel‘in deneyinde kullandığı kazıkların uygulamada en çok tercih edilen tipleri verilmiĢtir.
(a)
(b)
(c)
(d)
ġekil 1. Yarnel‘in (1934) deneyinde kullandığı kazık tiplerinden en önemlileri (a) dikdörtgen
kesit (b) üçgen burunlu ve kuyruklu kesit (c) silindirik kesit (d) yarım daire burunlu ve kuyruklu
kesit
2.MEVCUT DURUM
2.1.Haliç’in Fiziksel Özellikleri
Haliç 7.5 km boyunda ve ortalama 370 m geniĢliğindedir (Galata Köprüsü‘ndeki geniĢliği 293
m, KasımpaĢa‘daki geniĢliği ise 685m‘dir). Haliç‘in kuzey kıyı uzunluğu 7394 m iken güney
kıyıları 6684 m‘dir. Kuzeyde Alibeyköy ve Kâğıthane dereleri ile güneyde Ġstanbul Boğazı‘nı
birbirine bağlarlar. Haliç‘in yüzey alanı 2.7 km2 olup, en derin yeri Boğaza açılan ağızda 41
m‘dir. Haliç‘in yalnızca %2‘lik bir kısmının derinliği 30 m‘den büyüktür. %38‘lik kısmının
derinliği 10 m‘den azdır.
663
2.2.Haliç’teki Köprülerin Durumu
1. Eminönü-Galata Köprüsü: Bakırköy ve BeĢiktaĢ sahil yolunu (karayolunu) bağlıyor. Yaya
geçiĢine uygun.
2. Unkapanı-Azapkapı Köprüsü: Yenikapı-Taksim karayolu geçiĢini sağlıyor. Yaya geçiĢine
uygun.
3. Haliç Köprüsü: Bakırköy-Mecidiyeköy karayolu bağlantısını sağlıyor. Yüksekten geçtiği için
yaya geçiĢine uygun değil.
4. Metro Köprüsü: Tasarım halinde olan metro köprüsü Tünel-Yenikapı metro hattını
bağlayacaktır. Ayrıca yaya geçiĢine uygun tasarlanmıĢtır.
2.3.Feshane-Sütlüce Arasındaki Valide Sultan Köprüsü’nün Durumu
AraĢtırma grubumuz, Valide Sultan Köprüsü‘nün mevcut halinin, akıma dik doğrultuda yatay
yerleĢmiĢ (YY) 4 adet yüzen dubaların üzerinde olması nedeniyle sirkülasyonu etkilediğini
düĢünmektedir (ġekil 2). AraĢtırma grubumuzun yerinde yaptığı incelemeler neticesinde Valide
Sultan Köprüsü‘nün su içerisinde kalan derinliğinin 2 m olduğu belirlenmiĢtir. Mevcut durumda,
özellikle yaz aylarında su sirkülasyonu azaldığı için (1) su kirliliği ve koku, (2) katı madde
yığılması gibi iki önemli problemle karĢılaĢılmıĢtır. Ayrıca, Haliç bölgesinde yoğun olarak
bulunan ve çok hızlı üreyen midye etkisinden dolayı köprünün Haliç enkesitini zamanla daha da
kapatacağı düĢünülmektedir. Bu tezimiz, 5. Dünya Su Formu zamanında, Valide Sultan
Köprüsü‘nü, Balat-Hasköy arasından Feshane-Sütlüce arasına çekmekle görevli iĢletme
yetkilileriyle yapılan görüĢmede doğrulanmıĢtır. Haliç‘in ve köprünün mevcut enkesitleri ve
beklenen midye etkisi ġekil 3‘te sunulmuĢtur.
664
AÇILAN KISIM GENİŞLİĞİ :61,70m
665
YY Yüzen duba 1
40.80 m
YY Yüzen duba 3
YY Yüzen duba 2
40.18 m
61.70 m
ġekil 2. Valide Sultan köprüsü‘nün enkesiti
44.98 m
YY Yüzen duba 4
40.80 m
ġekil 3. Feshane-Sütlüce arası ve Valide Sultan köprüsü enkesiti
3.HALĠÇ’TE KÖPRÜ YERĠ SEÇĠMĠ
AraĢtırma gurubumuz, Haliç üzerindeki çeĢitli köprü yeri alternatiflerinin en kesitlerini
oluĢturmuĢtur. Bunun için önce ĠBB‘den alınan yüksek kaliteli noktasal batimetri verileri, dijital
eĢ yükselti eğrilerine (DEM) dönüĢtürülmüĢtür. DönüĢtürülen DEM verilerinden daha sonra
çeĢitli köprü yeri alternatifleri için en kesitler dijital ortamda çıkarılmıĢtır.
3.1.Haliç’in Boykesiti
Haliç‘in boy kesiti ġekil 4‘de sunulmuĢtur. Bu Ģekilden de görüleceği üzere, Haliç‘in
Kâğıthane‘den itibaren 4.2 km‘lik kısmının derinliği yaklaĢık 5-6 m‘dir. Bu noktadan itibaren
derinlik hızlı bir Ģekilde artıp 41 m‘ye ulaĢmaktadır. AraĢtırma grubumuz, bu duruma Kâğıthane
ve Küçükköy derelerinden gelen yoğun katı madde hacminin sebep olduğunu düĢünmektedir.
Yerinde yaptığımız incelemeler ve Haliç‘in dip taramasından sorumlu yetkililerle yaptığımız
görüĢmeler bu düĢüncemizi desteklemektedir. ġekil 5‘te Haliç‘in 2 görünümü verilmiĢtir.
Kâğıthane
Valide Sultan Köprüsü
Boğaz çıkıĢı
ġekil 4. Haliç‘in boykesiti
666
ġekil 5. Haliç‘in planı
3.2.Feshane-Sütlüce Arasında Haliç’in Enkesiti
Feshane-Sütlüce arasındaki enkesit ġekil 6‘de verilmiĢtir. Buradan görüldüğü üzere; FeshaneSütlüce arasının maksimum derinliği 6.6 m, geniĢliği ise 324 m‘dir. Bu bölgenin enkesit alanı
1117.58 m2 olarak hesaplanmıĢtır.
ġekil 6. Feshane-Sütlüce arası enkesiti
3.3.Balat-Hasköy Arasında Haliç’in Enkesiti
AraĢtırma grubumuz, Balat-Hasköy arasının enkesitini ġekil 7‘de sunmuĢtur. Her ne kadar
Balat-Hasköy arasında geniĢlik (495 m) büyüse de, derinlik Feshane-Sütlüce arasındaki gibidir.
667
AraĢtırma grubumuzun yerinde yaptığı incelemelerde, Valide Sultan Köprüsü‘nün, eski yeri olan
Balat-Hasköy arasında, toplam 7 adet akım yönüne dik yatay duba ile 1 adet açılır kapanır
dubadan meydana gelerek kurulduğunu tespit etmiĢtir. Valide Sultan Köprüsü‘nün, BalatHasköy‘den, Feshane-Sütlüce arasına yerleĢmesiyle 3 adet akım yönüne dik yatay duba BalatHasköy arasında kalmıĢtır (1 adet Balat‘ta, 2 adet Hasköy‘de). AraĢtırma grubumuz, köprünün
eski yeri olan Balat-Hasköy arasına çekilmesinin ġekil 7‘de verilen mevcut durum itibariyle
sirkülasyonu arttırmayacağını düĢünmektedir. Çünkü her iki kesitte de derinlik yaklaĢık aynıdır.
ġekil 7. Balat-Hasköy arası enkesiti
3.4.Balat-TaĢkızak Tersanesi Arasında Haliç’in Enkesiti
Haliç‘in Balat-TaĢkızak arasındaki enkesiti ġekil 8‘de verilmiĢtir. ġekil 8‘dean da görüldüğü
üzere, Balat-TaĢkızak arasındaki su derinliğinin diğer köprü alternatifleriyle kıyaslandığında
hemen hemen aynı olduğu görülmüĢtür.
ġekil 8. Balat-TaĢkızak Tersanesi arası enkesiti
3.5.Feshane-Sütlüce Arası Hacim-Derinlik ve Yüzey Alanı-Derinlik Eğrileri
Haliç‘in Feshane-Sütlüce kesitinde derinlik ile su yüzeyi alanı ve derinlik ile su hacmi arasındaki
eğriler sıra ile ġekil 9 ve ġekil 10‘da verilmiĢtir. Haliç‘in Feshane-Sütlüce kesitinden yukarıda
kalan kısmında derinlik 6.7 m‘ye kadar inmekte ve 2.1 milyon m3 su hacmi birikmektedir.
668
Yüzey Alanı-Derinlik Eğrisi
700000
(m2)
600000
Alan
500000
400000
300000
200000
100000
0
0
1
2
3
4
5
6
7
(m)
Derinlik
ġekil 9. Feshane-Sütlüce arası Yüzey Alanı-Derinlik eğrisi
Hacim-Derinlik Eğrisi
Hacim
(m3)
2500000
2000000
1500000
1000000
500000
0
0
1
2
3
4
5
6
7
(m)
Derinlik
ġekil 10. Feshane-Sütlüce arası Hacim-Derinlik eğrisi
4.EN UYGUN KÖPRÜ YERĠ SEÇĠMĠ
AraĢtırma grubumuz, öncelikli olarak Valide Sultan Köprüsü‘nün bir bütün olarak (kesilmeden)
Haliç‘e kurulmasını hedeflemiĢtir. En uygun köprü yerinin belirlenmesi için yüksek
çözünürlüklü uydu görüntülerinden faydalanılmıĢtır. Köprünün bir bütün olarak Haliç‘e
kurulabilmesi için, Haliç üzerinde yapılan araĢtırmalar neticesinde 3 farklı yerin uygun olduğu
görülmüĢtür. Bunlar;
1. Valide Sultan Köprüsü‘nün Feshane-Sütlüce arasına verev olarak kurulması (ġekil 11 yeĢil
hat).
2. Valide Sultan Köprüsü‘nün eski yerine çekilmesi (Alternatif 1, ġekil 11 kırmızı hat).
3. Valide Sultan Köprüsü‘nün Balat ile TaĢkızak Tersanesi arasına çekilmesi (Alternatif 2, ġekil
11 sarı hat).
669
Haliç üzerindeki bu üç hat, yalnızca Valide Sultan Köprüsü‘nün uzunluğu dikkate alınarak
belirlenmiĢtir. AraĢtırma grubumuz, her üç hattı dikkatle incelemiĢ ve en iyi çözümün köprünün
kesik halinin mevcut yerinde kalmasıyla gerçekleĢeceği sonucuna varmıĢtır. Çünkü;
1. Köprünün mevcut yeri Feshane ve Haliç gibi iki ayrı kongre merkezini birbirine
bağlamaktadır. Gerek yurtiçi gerek de yurtdıĢı organizasyonlarda iki kongre merkezi arasındaki
ulaĢım köprünün mevcut yeri sayesinde kısalacaktır. Bunun yanında, katılımcılar için Haliç‘in
görüntüsü eĢsiz bir manzara güzelliği oluĢturacaktır. Ayrıca, bu durumda Eyüp, Feshane ve
Sütlüce‘nin tarihi konumu ile köprü uyum sağlayacaktır. Zaten, 5. Dünya Su Forumu sırasında
kurulmuĢ olan bu köprü iyi bir hizmet vermiĢtir.
2. Yerinde yapılan incelemelerde bölge insanlarının köprüyü yaya olarak kullandığı ve
sahiplendiği görülmüĢtür. Köprünün yerinden sökülmesi ayrı bir maliyet getireceği gibi bölge
insanlarının tepkisini de çekecektir.
3. Köprünün eski yeri olan Balat-Hasköy arasına çekilmesinin sirkülasyona pozitif bir etkisinin
olması mevcut enkesit itibariyle düĢünülmemektedir. Köprünün Balat-TaĢkızak arasına
çekilmesi ise istimlâk ve yol bağlantı sorunlarını arttıracaktır. Bu bölgenin kuzeyi askeri bölge
olduğundan tercih edilmemiĢtir.
4. Köprünün bütün parçalarıyla beraber Feshane-Sütlüce arasında uzaltılması ancak eğik bir
Ģekilde mümkün olacağından estetik açıdan rahatsız edicidir. Ayrıca, bölge üzerindeki askeri
tesisler ile köprü bağlantıları için anlaĢılması gerekeceğinden sorunlar bir kez daha artmıĢ
olacaktır.
Bütün bu sebeplerden dolayı, köprünün kesik olan kısmının Feshane-Sütlüce arasında
kalmasının uygun olacağı ancak birtakım teknik ve estetik düzenlemeler yapılması gerektiği
sonucu ortaya çıkmıĢtır.
670
Kâğıthane Havzasından
gelen akım
Küçükköy Havzasından
gelen akım
Valide Sultan Köprüsün mevcut yeri
Haliç köprüsü
Alternatif 1 (Balat-Hasköy arası)
Alternatif 2 (Balat-TaĢkızak
Tersanesi arası)
Atatürk köprüsü
Galata köprüsü
ġekil 11. Haliç üzerindeki köprü alternatifleri.
5.KÖPRÜ ġEKLĠ ĠÇĠN MODELLEMELER
Haliç‘in sirkülasyon durumuna göre en uygun köprü Ģeklinin nasıl olması gerektiği hususunda
modellemeler de yapılmıĢtır. Her model, Temmuz ayı (ĠSKĠ boğaz suyu projesi, rüzgârsız)
Küçükköy ve Kâğıthane debileri kullanılarak test edilip, birbiriyle karĢılaĢtırılmıĢtır. AraĢtırma
grubumuzun belirlediği alternatifler Ģöyledir:
1. Valide Sultan Köprüsü‘nün mevcut durumun korunması (4 yatay duba + 1 açılır kapanır duba)
2. Alternatif 1 (Yatay modüller kazıklı sistem üstünde + 1 adet açılır-kapanır duba)
Valide Sultan Köprüsü‘nün mevcut halinin iki boyutlu hidrodinamik modeli kurulmuĢ ve hız
vektörlerinin dağılımı ġekil 12‘de gösterilmiĢtir. Bu Ģekilden görüldüğü üzere, Feshane-Sütlüce
arasına yerleĢmiĢ Valide Sultan Köprüsü‘nün su akıĢına karĢı önemli derecede kısıtlayıcı etkisi
vardır. Valide Sultan Köprüsü‘nde serbest su geçiĢi, Haliç enkesit geniĢliğinin az bir kısmını
oluĢturmasından ötürü Haliç‘in kirliliğini arttırıcı yönde etki etmektedir. Haliç‘in etkili enkesit
derinliği, Haliç‘in su seviyesinden itibaren 2 m alındığı zaman, Valide Sultan Köprüsü‘nün etkili
enkesiti %71 oranında kapattığı görülmüĢtür (ġekil 13). Ayrıca, köprü ayaklarının arkasında
meydana gelen ölü bölgeler neticesinde katı maddeler birikmekte, bunun neticesinde Haliç
671
suyunda çözülmüĢ oksijen miktarı azalmaktadır. Bu durum, özellikle yaz aylarında Haliç‘e giren
debilerin iyice azalmasıyla koku yapmakta ve estetik görünümü zedelemektedir.
Valide Sultan Köprüsü
Köprü direnç gösteriyor ve
hız vektörleri toplanıyor
Yatay
modül 4
Hız vektörleri
Yatay
modül 3
dubalı
dubalı
Açılır-Kapanır
modül
Yatay
modül 2
Yatay
modül 1
Köprü arkasında ölü bölgeler
oluĢuyor
dubalı
dubalı
ġekil 12. Valide Sultan Köprüsü‘nün mevcut durum itibariyle sirkülasyonu.
672
2m
Etkili
kesit
geniĢliği
Valide sultan köprüsü etkili kesitin %71‘sini kapatıyor
ġekil 13. Valide Sultan köprüsü‘nün Haliç enkesitindeki konumu.
AraĢtırma grubumuz, Valide Sultan Köprüsü‘nü mevcut yerleĢimini dikkate alarak, Temmuz
ayındaki Küçükköy ve Kâğıthane debileri için model sonuçlarını ġekli 14‘de sunmuĢtur. ġekil
14‘de görüldüğü üzere, açılır-kapanır modülün ara bölmelerinde hız yükselmektedir. Fakat bütün
açıklıklar dikkate alındığında, enkesitin köprünün olmadığı senaryoya göre %71oranında
azaldığı tespit edilmiĢtir.
Hızın yükseldiği kesitler
ġekil 14. Valide Sultan köprüsü‘nün temmuz ayı debileri için sirkülasyon değerleri
AraĢtırma grubumuz, yatay dubaların kazıklı sistem üzerinde ve açılır kapanır modülün yerinde
kalması (Alternatif 2) durumu içinde araĢtırmalarda bulunmuĢtur. Kazıklı sistemin enkesiti,
yatay dubalı sisteme göre çok küçük olduğundan modelde etkisi ihmal edilmiĢtir. Kurulan model
ġekil 15‘de sunulmuĢtur.
673
ġekil 15. Açılır-kapanır modülün Haliç sirkülasyonuna etkisi
Model sonuçlarına göre; Açılır-kapanır modül, Valide Sultan Köprüsü‘nün mevcut durumuna
göre (4 yatay duba + 1 açılır kapanır duba) sirkülasyona önemli derecede katkı sağlamaktadır.
Açılır-Kapanır modülün etkili Haliç enkesitine göre oranı %16‘dır (ġekil 16).
2m
Dubalı kısım etkili kesitin %16‘sını kapatıyor
ġekil 16. Valide Sultan köprüsü‘nün dubalı kısmının Haliç enkesitinde ki konumu
AraĢtırma grubumuz, dubalı kısmın Haliç sirkülasyonuna etkisini ġekil 17‘de sunmuĢtur.
Buradan görüldüğü üzere, debinin köprünün olmadığı senaryoya göre % 15 oranında azaldığı
tespit edilmiĢtir.
674
ġekil 17. Valide Sultan köprüsü‘nün dubalı kısmının temmuz ayı debileri için sirkülasyon
değerleri
AraĢtırma grubumuz, yukarıda açıklanan nümerik model sonuçlarına göre; tarihi Valide Sultan
Köprüsü‘nün açılır-kapanır kısmının dubalı kalması gerektiğine fakat yatay dubalı modüllerin
kazıklı sisteme dönüĢtürülmesi gerektiğine karar vermiĢtir. Çünkü;
1. Valide Sultan Köprüsü‘nün bütününün yerleĢmesiyle enkesit %71 oranında azalmaktadır. Bu
oran açılır-kapanır dubalı kısımda %16‘dır.
2. Valide Sultan Köprüsü‘nün açıklığı 4.9 m‘dir. Ortalama 4.5 m yüksekliğindeki tekneler bu
açıklıktan rahatça geçebilmektedir. Fakat yerinde yapılan incelemelerde görülmüĢtür ki Haliç
tabanının belirli aralıklarla taranması gerekmektedir ve zemin tarama gemilerinin (Çekirge)
yüksekliği Valide Sultan Köprüsü azami yüksekliğinden daha yüksektir. Kazıklı sistemin bir
bütün halinde uygulanması durumunda bu nevi gemiler köprüden geçemeyeceklerdir. Bu
sebepten, köprünün yüzen dubalar üzerinde açılır-kapanır olması gerekmektedir.
5.1.Köprü ġekli Seçimi
Köprü Ģekli Ģeçiminde yukarıda incelenen bütün matematik model sonuçları ve gözlemler
dikkate alınmıĢtır. Mevcut dubalı köprü Feshane-Sütlüce arasındaki akımı oldukça
azaltmaktadır. Akım kesitinde hiç köprü olmaması durumuna göre % 71 azalma meydana
gelmektedir.
Köprünün açılabilir olan 61.70 m uzunluğundaki kısmı dubalı olarak orta kısımda bırakılması
tarama, yangın ve kurtarma gemilerinin geçiĢi için mutlaka gereklidir. Diğer kısımlarda dubalar
kaldırılmalı ve bu kısımlar ayaklar üzerine oturtulmalıdır. Böylece dubaların akımları
engellemesi önlenmiĢ olacaktır. Fakat dıĢtan dubalı görünümü sağlamak için dıĢ cephe dubalı
görünüm korunmalıdır. Ancak, yüzey akımlarının engellenmemesi ve yüzen cisimlerin
toplanmaması için bu kısmın alt ucu su seviyesinden 20 cm yukarıda tutulmalıdır.
Bu arada kurak yaz aylarında Boğaz‘dan pompa ile 3 m3/s‘lik su verilmesi akım hızlarını ve
sirkülasyonu arttıracağı için Haliç‘in kirliliğinin azalmasında önemli rol oynayacaktır. Zaman
675
zaman Alibey Barajı‘ndan da 3 m3/s‘lik su bırakılması durumu da kurak mevsimlerde akımın
hızlanmasında ve kıĢ aylarında baskın esen Güney-Doğu ve Güney-Batı yönlü rüzgârların zararlı
etkilerinin azalmasına bir katkı sağlayacaktır.
5.2.ÇeĢitli Durumlar Ġçin Akım Hızlarının KarĢılaĢtırılması
Bu bölümde, incelenen çeĢitli matematik modellerle Haliç‘te hesaplanan akım hızları
karĢılaĢtırılmıĢtır. Bir örnek olarak Feshane-Eyüp arasında kalan kısımda kalan sabit bir düğüm
noktası seçilerek hesaplanan hızlar çeĢitli durumlar için Tablo 1‘de sunulmuĢtur. ġeçilen
noktanın yeri ġekil 18‘de gösterilmiĢtir. Bu Tablo‘dan görüldüğü üzere, Temmuz ayında akım
iyice azalmakta, Boğaz‘dan su pompalanması ve rüzgârların esmesiyle hızlar artmaktadır.
Ayrıca, taĢkınlar sırasında Haliç‘te büyük akım hızları meydana gelmektedir. En büyük akım
hızları ise taĢkınlar sırasında meydana gelmekle birlikte, kurak mevsimde (Temmuz ayı)
Boğazdan su pompalanması ve Alibeyköy Barajı‘ndan su bırakılması halinde de Haliç‘te önemli
akım hızları meydana gelmektedir.
Tablo 1. Feshane-Eyüp arasında kalan kısımda seçilen sabit bir düğüm noktası için hesaplanan
hızlar.
Akım durumu
Hesaplanan
hız (cm/s)
Temmuz (rüzgârsız)
0.010
Temmuz (rüzgârlı, Kuzey-Doğu)
0.058
Temmuz (rüzgârlı, Güney-Batı)
0.051
Temmuz (rüzgârlı, Güney-Doğu)
0.044
Temmuz (Boğazdan su pompalanması, rüzgârsız)
0.367
Temmuz (Boğazdan su pompalanması, rüzgârlı, Kuzey-Doğu)
0.375
Temmuz (Boğazdan su pompalanması, rüzgârlı, Güney-Batı)
0.367
Temmuz (Boğazdan su pompalanması, rüzgârlı, Güney-Doğu)
0.386
Temmuz (Boğazdan su pompalanması + Alibeyköy Barajı + 0.721
rüzgârsız)
Aralık (rüzgârsız)
0.291
Aralık (rüzgârlı, Kuzey-Doğu)
0.303
Aralık (rüzgârlı, Güney-Batı)
0.295
Aralık (rüzgârlı, Güney-Doğu)
0.313
Aralık (Alibeyköy Barajı + rüzgârsız)
0.648
5 yıllık taĢkın
11.000
10 yıllık taĢkın
14.000
18.000
22.000
26.000
676
Kaç katı
1
5.8
5.1
4.4
36.7
37.5
36.7
38.6
72.1
29.1
30.3
29.5
31.3
64.8
Hızların karĢılaĢtırıldığı düğüm
noktası
ġekil 18. Hızların karĢılaĢtırıldığı düğüm noktası
5.3.Köprü Ayak ġekli Seçimi
AraĢtırma grubumuz, Valide Sultan Köprüsü yerini ve planını belirledikten sonra uygulanacak
kazık tiplerinin enkesitleri üzerinde araĢtırmalar yapmıĢtır. Bunun için literatür ve pratikte
kullanılan dört farklı kesit tipi üzerinde durulmuĢtur.
5.4.Köprü Ayak ġekillerinin Ġncelenmesi
AraĢtırma grubumuz, literatürde bulduğu sonuçları, katı-sıvı etkileĢimi çözen matematiksel
simülasyonlar yaparak test etmiĢtir. Bunun için bilgisayarda 150 m boy, 20 m en ve 5 m
derinliğe sahip bir kanal oluĢturulmuĢtur. OluĢturulan bu kanalın içerisine, sırasıyla (a)
dikdörtgen kesit (b) üçgen burunlu ve kuyruklu kesit (c) silindirik kesit (d) yarım daire burunlu
ve kuyruklu kesit kazık tipleri katı halde yerleĢtirilmiĢtir. Nümerik modelde kullanılan kazıkların
enkesit değerleri ġekil 19‘da sunulmuĢtur.
677
b)
d)
a)
c)
ġekil 19. Nümerik simülasyonda kullanılan kazık kesitleri (birimler m‘dir)
Yapılan incelemelerde görülmüĢtür ki Haliç suları nehir rejimi etkisindedir (Fr=
V
1;
gy
V=akım hızı (m/s), g=yerçekimi ivmesi (9.81 m/s2), y=kanal içerisindeki su derinliği (m)).
Nümerik modelde bu hususa dikkat edilmiĢ ve aĢağıdaki 4 farklı tip senaryo altında akım
rejimlerinin nehir rejiminde olması sağlanmıĢtır. Nümerik simülasyonlarda 4 farklı kesit tipi, 4
farklı durum altında incelenmiĢtir (Tablo 2).
Tablo 2. En uygun kesit tipi için senaryolar
Senaryolar
1
2
3
4
Kanal içerisindeki akım hızı
(m/s)
0.01
0.05
0.1
0.15
Kanalın boyutları
(m)
150  20  5
150  20  5
150  20  5
150  20  5
Fr (Froude sayısı)
0.0014<1
0.0071<1
0.0143<1
0.0214<1
Senaryo 1-4 sonuçları her kesit için sırasıyla ġekil 20-23‘de verilmiĢtir. AraĢtırma grubumuz,
V
 1 ) için de
yaptığı incelemelerde yukarıda açıklanan 4 farklı tip kesiti ayrıca sel rejimi (Fr=
gy
denemiĢ ve sonuçların nehir rejiminde olduğu gibi paralellik gösterdiği görülmüĢtür.
5.5.Köprü Ayak ġeklinin Seçimi
AraĢtırma grubumuz literatür sonuçlarını incelemiĢ ve kendi gerçekleĢtirdiği geniĢ kapsamlı test
sonuçlarını da hesaba katarak akımı en az etkileyecek ve sirkülasyonu bozmayacak kazık tipinin
yarım daire burunlu ve kuyruklu kesit olduğunu belirtmiĢtir. Ancak, Haliç‘in akım hızları düĢük
olduğundan nehir rejimi etkisindedir. Yapılan incelemelerde görülmüĢtür ki Haliç‘in düĢük
hızlarından dolayı, kesit tipinin silindirik ya da yarım daire burunlu ve kuyruklu kesit olması
sayısal sonuçlar dikkate alındığında fazla bir fark yaratmamaktadır. Bu sebepten, araĢtırma
grubumuz Haliç‘in kazıklı kesit tipi için her iki kesitinde de kullanılabileceği görüĢüne
varılmıĢtır.
678
(a)
(b)
(c)
(d)
ġekil 20. 0.01 m/s akım hızı altında ayakların etrafındaki akım (Fr=0.0014<1)
679
(a)
(b)
(c)
(d)
ġekil 21. 0.05 m/s akım hızı altında ayakların etrafındaki akım (Fr=0.0071<1)
680
(a)
(b)
(c)
(d)
ġekil 22. 0.10 m/s hız altında ayakların etrafındaki akım (Fr=0.0143<1)
681
(a)
(b)
(c)
(d)
ġekil 23. 0.15 m/s hız altında ayakların etrafındaki akım (Fr=0.0214<1)
682
6.DEĞERLENDĠRMELER
6.1.Rüzgâr Kabartı Yüksekliği ve Rüzgâr Dalgaları
Ġstanbul Boğazı‘nda kuvvetli lodos rüzgârlarında su seviyesi 50 cm kadar yükselmektedir.
Bununla birlikte kuvvetli poyraz rüzgârlarında Sarayburnu ve Salacak arasında yaklaĢık 25 cm
su seviyesi farkı oluĢmaktadır. Bu su seviyesi değiĢimleri Haliç‘e deniz suyu sirkülasyonunu
sağlamaktadır.
Haliç‘te feç doğrultusunda 100 km/saat hız için feç uzunluğu (Boğaz dahil) 8 km ve ortalama
derinlik 15 m alınarak rüzgâr kabartı yüksekliği 0.10 m olarak elde edilmiĢtir. Haliç‘te rüzgârdan
kaynaklanan dalga yüksekliği ise 1.20 m olarak hesaplanmıĢtır. Ancak mevcut köprülerin etkisi
dolayısıyla hiçbir zaman bu yükseklikte dalgalar beklenmez.
6.2.Haliç’te Teknelerin OluĢturacağı Dalgalar
Haliç‘te çalıĢacak gezinti tekneleri, tarama gemileri ve yangın söndürme teknelerinin
oluĢturacağı dalgaların yükseklikleri de incelenmiĢtir. Hareket eden teknelerin meydana getirdiği
dalgalar 13 adet olup bunların baĢlangıçtan itibaren 3. sü en yüksek dalgayı oluĢturmaktadır.
Hareket eden teknelerin oluĢturacağı en büyük dalga yüksekliği, teknenin hızına, geniĢliğine,
uzunluğuna, su kesimine ve tekne ekseninden uzaklığına bağlı olarak değiĢir. Örnek olarak; 19.5
m uzunluğunda, 3.9 m geniĢliğinde, 0.9 m su kesimi olan bir deniz taĢıtının sığ sularda
oluĢturduğu dalgalar 3.1 m/s hız için 30 m mesafede 0.1 m; 5.1 m/s hız için 0.4 m olmaktadır.
Aynı tekne için aynı hızlarda 150 m mesafede belirlenen hızlar sırasıyla 0.4 m ve 0.3 m‘dir.
Kısaca Haliç‘te çeĢitli boyutlardaki teknelerin oluĢturabileceği en büyük dalga yükseklikleri 0.1
m ile 0.4 m arasında hesap ve tahmin edilmiĢtir.
6.3.Haliç’te Katı Madde Hareketi
Haliç‘te katı maddelerin oluĢumu incelenmiĢ ve aĢağıdaki sonuçlar elde edilmiĢtir:
1. Haliç‘e gelen katı maddelerin önemli bir kısmı Kâğıthane Deresi‘nden kaynaklanmaktadır.
Ayrıca, yamaçlardan gelen yağmur suları da aĢındırdıkları kum ve toprak gibi kısımları Haliç‘e
taĢımaktadır. Haliç‘e taĢınan katı maddeler 75000 m3/yıl olarak tahmin edilmektedir.
2. Bu katı maddelerin önemli bir kısmı, özellikle iri parçalar dere ağızlarında, ince parçalar ise
daha iç kısımlarda çökelmektedir. Çok ince olanlar ve kolloidal maddeler ise bulanıklık meydana
getirerek Haliç‘in her tarafına yayılmakta ve çökelmektedirler. Çökelen maddeler tekne
pervaneleri veya diğer su hareketleri ile yerlerinden sökülüp baĢka yerlere taĢınabilmektedirler.
3. Haliç‘e bir yılda gelen ve çökelen katı maddeler homojen bir Ģekilde dağılmaz. Bununla
birlikte çökelecek maddelerin büyük bir kısmının Eminönü-Galata enkesitinin yukarısında dibe
ineceği esas alınabilir. Bu kesitin yukarısında Haliç yüzey alanı 2.7 milyon m 2 olduğuna göre bir
yılda çökelecek maddeler 75000 m3 / 2.7 milyon m2 =0.03 m yüksekliğinde olacağı
beklenmektedir. Ancak yine hatırlatmakta fayda var ki çökelme çeĢitli sebeplerle homojen
olmamaktadır. Bu durumda taĢınan katı maddelerin önemli bir kısmı Haliç‘in memba tarafında
yığılacaktır. Öte yandan taĢkınlar sırasında bir günde Haliç‘e gelen katı maddeler normalde
gelen katı maddelerden birkaç kat fazladır. Bununla birlikte Haliç‘te bazı kesimlerde erozyon ve
oyulmalar oluĢabilir. Kısaca Haliç‘in bazı kesimlerinde yığılmalar olurken bazı kesimlerinde
oyulmalar beklenebilir.
683
4. Öte yandan Küçükköy, Alibeyköy ve Kâğıthane dereleri ıslah edilmiĢ olduğundan Haliç‘e
gelecek katı maddelerde bir azalma beklenebilir.
5. Yığılan katı maddelerin en az 3 yılda bir taranması gerekir. Bu durumda Haliç‘teki gemi
trafiği ve iskelelerin iĢletilmesi mümkün olabilir. Taramalarda dere ağızlarına öncelik verilmeli
ve kıyı stabilitesinin bozulmaması için kıyılara fazla yaklaĢılmamalıdır. Bu taramalar Haliç‘in
dibinde yaĢayan canlılarının habitatına zarar vermektedir.
6.4.Haliç’te Yüzen Cisimler Ve Midyeler
Haliç‘e atılan kağıt, çöp gibi yüzen cisimler dubaların bulunduğu yerden aĢağıya geçemediği için
köprü önünde birikmekte ve hoĢ olmayan bir görüntü meydana getirmektedir. Ayrıca kazıklı
sistemin yapılacağı kısıma dubalı görünüm verilerek tarihi görünüĢ bozulmamalıdır. Bu duba
görünümünün su seviyesinin 50-60 cm üstünde son bulması öngörülmüĢtür. Bunun yanında
yüzen cisimlerin hoĢ olmayan görüntüsünü önlemek üzere yüzeyde biriken cisimler motorlarla
sık sık toplanmalıdır. Ayrıca köprü ayaklarında oluĢacak midyeler için 2-3 yılda bir temizlik
çalıĢması yapılması tavsiye edilmektedir.
6.5.Haliç’in Su Kirliliği
Haliç‘te suyun kirliliği (1) Haliç ve dereleri etrafındaki sanayi tesislerinden, (2) Haliç etrafındaki
ev atık sularından, (3) Haliç havzalarındaki yağmur suyunun taĢıdığı kirlilikten, (4) Haliç‘teki
tersanelerden, (5) Haliç‘te çalıĢan teknelerin kirletmelerinden, (6) Haliç‘in etrafındaki atık su
sistemlerinin arızalarından kaynaklanmaktadır. Ayrıca, Haliç‘in memba bölgelerinde yeni ve
yoğun yerleĢim alanları oluĢtuğundan Haliç‘teki kollektörler yetersiz kalmaktadır.
Haliç‘teki bütün bu kirlilik kaynaklarının en aza indirilmesi veya yok edilmesi için kirlilik
kontrolü ve iĢletilmesi gözden geçirilmelidir. Haliç‘in Ġstanbul‘un incisi haline getirilmesi ve bu
halin sürdürülmesi için kirliliğin kontrolü en öncelikli çalıĢmalardan olmalıdır. Haliç‘te su
akımları için her türlü tedbir alınsa ve taramalar yapılsa bile Haliç‘in kirlilik kaynakları
önlenmez ise tam sonuç alınamaz. Akımlar kirli suyu seyreltse bile suyun kirliliğini tam
önleyemez.
6.6.Köprü ġeklinin Değerlendirilmesi
Valide Sultan Köprüsü‘nün akıma dik doğrultuda yerleĢmiĢ 4 adet yatay, yüzen dubası
sirkülasyonu etkilemektedir. Bu dubaların sirkülasyonu etkilememesi için kazıklı sisteme
dönüĢtürülmesi öngörülmüĢtür. Valide Sultan Köprüsü‘nün açılır-kapanır bölümünün ise yerinde
kalması gerektiği görüĢüne varılmıĢtır. Haliç bölgesine yoğun miktarda katı madde geldiğinden,
bu bölgenin belirli periyotlarla taranması gerekmektedir. Tarama gemilerinin ancak açılırkapanır modülün yerinde kalması suretiyle Haliç‘in iç kısımlarına geçebileceği anlaĢılmaktadır.
Ayrıca bu vesile ile yangın ve kurtarma gemilerinin de bu kısma geçmesi sağlanacaktır.
6.7.Köprü Ayak ġeklinin Değerlendirilmesi
GeçmiĢte yapılan araĢtırmalardan esinlenerek 4 farklı kesit tipinin Haliç bölgesine uygulanması
üzerine çalıĢmalar yapılmıĢ, çıkan sonuçlar birbirleriyle karĢılaĢtırmıĢtır. Yapılan incelemelerde
görülmüĢtür ki yarım daire burunlu kesit tipleri sirkülasyonu sağlamıĢ ve ölü bölge meydana
gelmesini önlemiĢtir. Bu sonuç literatür çalıĢmalarıyla iyi bir uyum sağlamıĢtır. Haliç‘in akım
hızları genelde çok düĢük olduğundan nehir rejimi etkisindedir. Yapılan incelemelerde
görülmüĢtür ki Haliç‘in düĢük akıntıları sebebiyle kesit tipinin silindirik ya da yarım daire
burunlu ve kuyruklu kesit olması sayısal sonuçları fazla etkilememektedir. Bu sebepten her iki
kesit tipinin de uygulanabileceği tarafımızdan önerilmektedir.
684
7.SONUÇLAR
ÇalıĢma sonucunda aĢağıdaki sonuçlara ulaĢılmıĢtır.
1. Valide Sultan Köprüsü‘nün yerinin Feshane ve Sütlüce arasında olmasının hidrolik ve estetik
açıdan uygun olacağı kanaatine varılmıĢtır.
2. Valide Sultan Köprüsü‘nün yatay yönde yerleĢmiĢ dubalarının akımın rahat sirkülasyonu
bakımından kazıklı sisteme dönüĢtürülmesi gerektiği, orta bölümde bulunan açılır-kapanır dubalı
sistemin ise tarama türü ve diğer gemilerin rahat geçebilmesi için yerinde kalması gerektiği
sonucuna varılmıĢtır. Kazıklı kısımda köprünün tarihi görünümünün bozulmaması için eski
dubalı dıĢ cephe görünüĢleri aynen korunmalıdır. Bu dıĢ cephe düzenlemesinde sac levhaların su
seviyesinden 50-60 cm kadar yukarıda tutulması yüzen cisimlerin geçmesini ve aynı zamanda
bakım ve onarım kolaylığı sağlayacaktır.
3. Haliç‘in düĢük akıntıları sebebiyle köprü ayak kesit tipinin silindirik ya da yarım daire
burunlu ve kuyruklu olması gerektiği görüĢüne varılmıĢtır.
KAYNAKLAR
1. Ağıralioğlu, N. (1998) Tarihi Galata Köprüsü için yer seçimi, ITU, AraĢtırma Raporu.
d'Aubuisson de Voisins, J.F. (1840) Traité d'hydraulique (Treatise on Hydraulics), 2nd edn,
Piois, Levraut et Cie, Paris.
2. Ekiz, Ġ., Polat, Z., Öztürk, Z. (2000) Valide Sultan (Tarihi Galata) Köprüsü Altından Serbest
Su GeçiĢ GeniĢliğinin Artırılabilmesi Seçeneklerinin AraĢtırılmasına Dair Teknik Rapor, YTU,
AraĢtırma Raporu.
3. El-Affy K., (2006) Experimental study of backwater rise due to bridge piers as flow
obstructions. Tenth International Water Technology Conference, IWTC10 2006, Alexandria,
Egypt.
4. Ghodsian, M. and Shafieefar, M. (2001) Afflux upstream of circular bridge pier. 29th
Congress of IAHR, Sept. 16-21, Beijing, China.
5. Ghodsian,M.,Shafieefar,M.and Hashemi,S.J.(2000) Afflux due to rectangular bridge pier.
2000Jointconference on water resources engineering and water resources planning and
management,American Society of Civil Engineers,July30August2Minneapolis, Minnesota, USA.
6. Hamill, L., (1999) Bridge Hydraulics. E & FN Spon, an imprint of Routledge.
7. KabdaĢlı, S. (2007) Tarihi galata köprüsünün haliç dıĢında konumlandırılmasının
değerlendirilmesi, UYGAR, ITU, AraĢtırma Raporu.
8. Nagler, F.A. (1918) Obstruction of bridge piers to the flow of water. Transactions of the
American Society of Civil Engineers, 82, 334-395.
9. Öztürk, Ġ. ve diğ. (2001) Haliç 2001 Sempozyumu.
10. Tezcan, S. ve diğ., (1977) Haliç Master Planı.
11. Yarnell, D.L. (1934) Bridge piers as channel obstructions. Technical Bulletin no. 442,
USDepartment of Agriculture, United States of America.
685
HĠDROELEKTRĠK POTANSĠYEL
TÜRKĠYE’NĠN HĠDROELEKTRĠK ENERJĠ POTANSĠYELĠ VE
HĠDROELEKTRĠK SANTRAL ÇALIġMALARI
Aslıhan DOĞRUYOL
Devlet Su ĠĢleri Genel Müdürlüğü Ankara
[email protected]
Salih BABAGĠRAY
Devlet Su ĠĢleri Genel Müdürlüğü Ankara
[email protected]
ÖZET
Ülkemizdeki büyüme hızı, geçtiğimiz yıllara oranla bir hayli artmakta ve ekonomik geliĢim
değiĢkenleri olumlu veriler vermektedir. Bu geliĢme arttıkça ihtiyaç duyulan elektrik enerjisinin
artacağı kaçınılmaz bir gerçektir. Ġhtiyacımız olan enerjiyi ise yerli enerji kaynaklarından
kullanmamız dıĢa olan bağımlılığımızın azalması açısından son derece önemlidir. Bu amaçla,
öncelikle yerli enerji kaynaklarından elde etmek üzere projeler geliĢtirmeli ve gerekli yatırımlar
yapılmalıdır. Kaliteli, kesintisiz ve ekonomik enerji elde etmek üzere hazırlanan projelerin,
çevreye olumsuz etkilerinden arındırılmasına dikkat edilmelidir.
Ülkelerin kullandıkları enerji tüketimi ile o ülkenin ekonomik geliĢmiĢliğini tahmin etmek
mümkündür. Yani, ülkedeki kiĢi baĢına düĢen enerji tüketimi o ülkedeki sosyal refahı
göstermektedir. Türkiye‘nin ekonomik ve sosyal geliĢimine paralel olarak artan enerji ihtiyacını
yenilenebilir enerji kaynaklarından yani, doğal süreçteki var olan enerji akıĢından elde etmesi
yaralı olacaktır. GüneĢ ıĢığı, rüzgâr, su gibi yerli ve yenilebilir kaynakların kullanılması çok
önemlidir.
Hidrolik potansiyelin enerjiye çevrilebilmesi için olmazsa olmaz iki unsur, su potansiyeli ve
uygun coğrafi koĢulların sağlanmasıdır. Türkiye bu açılardan oldukça Ģanslıdır. Günümüz
koĢullarında kullanılabilir hidroelektrik kapasitenin önemli bir bölümü mevcut projelerle devreye
sokulmaya çalıĢılmaktadır. Ancak, artan teknoloji ve kıt kaynakların azalması ile Ģu anda
yapılabilir gözükmeyen birçok proje de gerçekleĢtirilebilecektir.
Anahtar Kelimeler: Hidroelektrik potansiyel, enerji kaynakları, hes.
THE HYDROELECTRIC ENERGY POTENTIAL OF TURKEY AND
HYDROELECTRIC POWER PLANT ACTIVITIES
ABSTRACT
The rate of growth in our country increases considerably compared to previous years and
economic development variables cause positive results. The increase of electrical energy
687
neededis an indisputable fact when this development increases. In terms of reduced dependence
on foreign energy of the required energy, use of indigenous energy resources is extremely
important. For this purpose, projects should be developed and necessary investments should be
made by getting primarily domestic energy sources. The projects for getting quality, continuous
and economic energy, should be purified from the negative environmental effects.
It is possible to guess the countries' level of economic developedness via the amount of energy
used by the countries. In other words, a country's energy consumption per capita shows the
social welfare. Turkey's rising energy needs, in parallel with economic and social development,
obtaining from renewable energy sources (in natural process of developing energy flow) will be
advantageous. The use of domestic and renewable resources such as sunlight, wind and water is
very important.
Water potential and appropriate geographical conditions are two factors for converting from
hydraulic potential to energy. Turkey is very fortunate in this point. An important part of the
usable hydroelectric capacity is evaluated by existing projects at today's conditions. However,
many projects, which are improbable now because of decrease of scarce resources, can be done
by increase in technological developments.
Keywords: Hydroelectric potential, energy resources, hepp.
1.HĠDROELEKTRĠK POTANSĠYELĠMĠZ
Türkiye, petrol ve doğalgaz gibi enerji kaynakları açısından fakir gözükmesine rağmen, zengin
bir hidroelektrik potansiyele sahiptir. Ülkemiz, geçmiĢ yıllarda, kullanılmadan akan suları
sebebiyle her yıl milyarlarca kWh ucuz elektrik enerjisinden mahrum kalmıĢ, onun yerine dıĢa
bağımlı yakıt tüketen termik santrallere ağırlık vererek, öncelikle kendi kaynaklarını
geliĢtiremeyen, enerjide dıĢa bağımlılığını artıran bir ülke konumuna düĢmüĢtür. Türkiye bu
konumunu düzeltmek amacıyla, baĢta hidroelektrik potansiyelini ve diğer tüm yenilenebilir yerli
enerji kaynaklarını en erken zamanda kullanmak için enerji stratejilerini geliĢtirmelidir.
Hidroelektrik potansiyelin belirlenmesinde ―brüt potansiyel‖, ―teknik potansiyel‖ ve ―ekonomik
potansiyel‖ kavramları önem taĢımaktadır. Bir ülkede, ülke sınırlarına veya denizlere kadar
bütün doğal akıĢların % 100 verimle değerlendirilebilmesi varsayımına dayanılarak hesaplanan
hidroelektrik potansiyel, o ülkenin brüt teorik hidroelektrik potansiyelidir. Ancak mevcut
teknolojilerle bu potansiyelin tümünün kullanılması mümkün olmadığından mevcut teknoloji ile
değerlendirilebilecek maksimum potansiyele teknik yapılabilir hidroelektrik potansiyel denir.
Öte yandan teknik yapılabilirliği olan her tesis ekonomik yapılabilirliği olan tesis demek değildir
[Yıldız, 2007]. Teknik potansiyelin, mevcut ve beklenen yerel ekonomik Ģartlar içinde
geliĢtirilebilecek bölümü ekonomik yapılabilir hidroelektrik potansiyel olarak adlandırılır.
Türkiye‘nin teknik ve ekonomik hidroelektrik potansiyeli, dünya hidroelektrik potansiyelinin
%2‘si, Avrupa hidroelektrik potansiyelinin % 20‘sidir. Türkiye‘de elektrik enerjisinin %25‘i
hidroelektrik potansiyelden üretilmektedir [KarakuĢ, 2011].
Bir akarsu havzasının hidroelektrik enerji üretiminin teorik üst sınırını gösteren brüt su kuvveti
potansiyeli; mevcut düĢü ve ortalama debinin oluĢturduğu potansiyeli ifade etmektedir.
Topoğrafya ve hidrolojinin bir fonksiyonu olan brüt hidroelektrik enerji potansiyeli, ülkemiz için
ġekil 1‘de görüldüğü gibi 433 milyar kWh mertebesindedir [VII. Ulusal Temiz Enerji
Sempozyumu, 2008].
688
ġekil 1. Ülkemizin Hidroelektrik Potansiyeli.
Teknik yönden değerlendirilebilir su kuvveti potansiyeli; bir akarsu havzasının hidroelektrik
enerji üretiminin teknolojik üst sınırını göstermektedir. Uygulanan teknolojiye bağlı olarak düĢü,
akım ve dönüĢümde oluĢabilecek kaçınılmaz kayıplar hariç tutulmaktadır. Bölgede planlanan
hidroelektrik projelerin teknik açıdan uygulanabilmesi mümkün olan tümünün gerçekleĢtirilmesi
ile elde edilecek hidroelektrik enerji üretiminin sınırlarını temsil etmektedir [VII. Ulusal Temiz
Enerji Sempozyumu, 2008].
Teknik yönden değerlendirilebilir hidroelektrik potansiyel, brüt potansiyelin bir fonksiyonu
olmakta ve çoğunlukla onun yüzdesi olarak ifade edilmektedir. Ülkemizin teknik yönden
değerlendirilebilir hidroelektrik enerji potansiyeli ġekil 1‘de görüldüğü gibi 216 milyar kWh
civarındadır. Tablo 1‘de ise; geliĢmiĢ bazı ülkelerin ve Türkiye‘nin, geliĢtirilen enerji
potansiyelinin teknik enerji potansiyeline oranı (%) verilmiĢtir. Bu tablodan anlaĢılacağı gibi,
ülkemiz enerji potansiyelini kullanmakta geliĢmiĢ ülkelerin çok gerisinde kalmaktadır.
Tablo 1. GeliĢmiĢ Bazı Ülkeler Ġle Türkiye‘nin Hidroelektrik Potansiyelinin Kullanımı [DSĠ
Genel Müdürlüğü, 2011].
Ekonomik durgunluklar dikkate alınmazsa, Türkiye‘de elektrik tüketimi her yıl % 8-10 oranında
artmaktadır. Bu talebi karĢılamak için ülkemiz yeni enerji projeleri için her yıl 3-4 milyar ABD
Doları ayırmak zorundadır. Bütün dünyada olduğu gibi ülkemizde de enerji yaĢamsal bir konu
olduğundan, kendine yeterli, sürekli, güvenilir ve ekonomik bir elektrik enerjisine sahip
olunması yönünde baĢta dıĢa bağımlı olmayan ve yerli bir enerji kaynağı olan hidroelektrik
enerjisi olmak üzere bütün alternatifler göz önüne alınmalıdır [Su Dünyası, Eylül, 2009].
DSĠ Türkiye‘de su kaynaklarını geliĢtirme projelerini, gerçekleĢtirmekten sorumlu en etkin
kuruluĢtur. Hidroelektrik potansiyelin enerjiye dönüĢtürülmesi sürecinde, DSĠ bu alanda
oluĢturulan 16595 MW kurulu gücün 11020 MW‘ sunu (%66) gerçekleĢtirilerek bu alanda lider
olduğunu göstermiĢtir. Güneydoğu Anadolu Projesi (GAP) kapsamında bugün üretilen ve
gelecekte üretilecek olan hidroelektrik enerji miktarlarının ülkemiz potansiyel üretimi
689
içerisindeki yeri önemlidir. Ülke genelinde, iĢletmedeki santrallerden üretilen 54000 GWh‘ lik
hidroelektrik enerji üretim potansiyelinin %38‘i GAP kapsamındaki hidroelektrik santrallerden
sağlanmaktadır. GAP projesinin kendi içindeki bu oran %56,8‘i bulmaktadır. DSĠ dünyanın en
büyük su projelerinden biri olan GAP‘ı da gerçekleĢtiriyor. GAP‗de 22 baraj, 19 hidroelektrik
santral inĢa edilecek olup, 9 baraj ve 5 hidroelektrik santralin inĢası tamamlanmıĢtır. GAP‘ de
tamamlanan hidroelektrik santrallerde, 20 milyar kWh enerji üretilmektedir. ĠnĢa halinde olan
ve planlaması devam eden projelerin tamamlanmasıyla 15,9 milyar kWh daha enerji üretileceği
bildirilmektedir [DSĠ Genel Müdürlüğü, 2011].
DSĠ, geliĢtirdiği GAP gibi projeler ile Ülkemizin hidroelektrik enerji potansiyelinin tamamını
kullanmak amacını taĢımaktadır. Bu anlamda, Tablo 2‘de görülebileceği gibi Ülkemizdeki bütün
havzalarının hidroelektrik potansiyeli üzerinde çalıĢmalar yapmakta ve gerekli yatırımları
gerçekleĢtirmektedir. Fırat, Dicle, Doğu Karadeniz ve Çoruh havzaları Ülkemizin hidroelektrik
potansiyeli açısından oldukça önemlidir. Bahsedilen bu dört havzanın hidroelektrik potansiyeli
Ülkemizin potansiyelinin yüzde 64‘ünü oluĢturmaktadır.
Tablo 2. Türkiye‘nin DSĠ Tarafından HesaplanmıĢ Hidroelektrik Potansiyeli [KarakuĢ, 2011].
690
Ülkemizde depolamalı hidroelektrik santraller (HES) yıllık üretim kapasitelerinin yarısına
yakınını üretilebilecek enerjiyi depolayabilmektedirler. Bu durum HES‘ lerin sunduğu önemli
stratejik bir avantajdır. Söz konusu santrallerin ortalama altı aylık elektrik üretimini kriz
koĢullarında kullanabilmekteyiz. BaĢka bir ifade ile geçmiĢte de örneklerini yaĢadığımız gibi,
Rusya ve Ġran gibi enerji ithal ettiğimiz ülkelerin bize yaĢattıkları dönemsel sıkıntıların ortaya
çıkması durumunda, barajların ve HES‘lerin devreye girmesi ile sıkıntının hafifletilebilmesi
mümkündür.
Ülkemizdeki hidroelektrik potansiyelini kullanma durumu Tablo 3‘de verilmektedir.
GeliĢtirilmekte olan projelerin hızlandırılması ve geliĢen teknoloji ile yapılabilirliği az olan
projelerinde bir an önce tekrar değerlendirilmesi ile enerjide dıĢa bağımlılığı azaltarak enerji
güvenliğimizin ve ulusal güvenliğimizin tehdit altına girmesini engellemeliyiz.
Tümüyle yerli kaynak kullanan HES‘lerin geliĢtirilmesi ile hidroelektrik santrallerde üretilecek
ilave her 1 milyar kWh elektrik, yaklaĢık 500 bin ton daha az kömür ithali veya 215 milyon ton
m3 daha az doğalgaz tüketilmesi anlamına gelmektedir [Yıldız, 2007].
Tablo 3. Türkiye‘nin Toplam Potansiyelini Kullanım Durumu [DSĠ Genel Müdürlüğü, 2011].
Ülkemizde tüketilen toplam enerjinin önemli bölümü elektrik enerjisi olarak tüketilmektedir.
Elektrik üretiminde Türkiye‘nin, diğer doğal kaynakları dıĢında kullanabileceği çok zengin bir
hidroelektrik potansiyeli vardır. Bu potansiyeli kullanarak, elektrik üretiminde giderek daha çok
dıĢa bağımlı hale gelmemek için, yerli yenilenebilir kaynakların geliĢtirilip enerjiye
dönüĢtürülme iĢleminin, Türkiye‘nin geliĢen ekonomisine paralel büyüyen enerji ihtiyacının
önüne geçmesi gerekmektedir.
2.HĠDROELEKTRĠK POTANSĠYEL GELĠġĠMĠNĠN BUGUNKÜ DURUMU
1988 yılında yayınlanan TUSĠAD Enerji Raporu‘nda ülkemizde endüstrinin gereksinim duyduğu
enerjinin yüzde 57,4‘ünün elektrik enerjisinden sağlandığı, bu bağımlılığın dünya ülkelerinde
yüzde 42,2 düzeyinde olduğu belirtilmektedir [Yıldız, 2007].
Türkiye‘nin hidroelektrik enerji potansiyeli bütün havzalara eĢit olarak dağılmamıĢtır. Bunun
nedeni ise, hidrolojik ve topoğrafik özelliklerdir. Bu dağılımda Dicle ve Fırat Havzası ve
dolayısıyla GAP bölgesi barajları ağırlıklı bir yer tutmaktadır. 2010 yılında üretilen hidroelektrik
enerjinin yüzde 43‘ü sadece Keban, Karakaya ve Atatürk barajlarından üretildiği dikkate
alındığında Fırat Havzası‘nın ülkemizin hidroelektrik üretim potansiyeli içindeki yeri ve önemi
ortaya çıkmaktadır [KarakuĢ, 2011]. Fırat Havzasının bu potansiyelin geliĢtirilmesinde
karĢılaĢılan engellerin aĢılarak bu projelerin tamamlanmasının ekonomik ve stratejik önemi
691
bugün daha açık görülmektedir. Bu durum, geliĢtirilmekte olan ve geliĢtirilmeyi bekleyen diğer
hidroelektrik projelerimiz için örnek oluĢturmalıdır.
Doğu Anadolu Projesi (DAP) içerisindeki iller kapsamında, toplam kurulu gücü 2260 MW ve
ortalama yıllık enerji üretim kapasitesi 8950 GWh olan 49 proje iĢletmede olup, geliĢtirilen ve
inĢaat, proje ve planlama aĢamasında bulunan toplam 5520 MW kurulu gücünde ve 19000 GWh
enerji üretim kapasitesine haiz 96 adet proje bulunmaktadır. 4628 sayılı Kanun kapsamında özel
sektör ve Devlet tarafından bölgede geliĢtirilen projelerle beraber ülke genelinde geliĢtirilmiĢ
hidroelektrik potansiyelin yaklaĢık %17,6‘sı bu bölgede tesis edilecektir [KarakuĢ, 2011].
Ülkemiz hidroelektrik potansiyelinin dünyadaki yerine gelince; Türkiye Avrupa‘da Norveç ve
Rusya‘dan sonra en fazla yıllık hidroelektrik enerji üretim potansiyeline sahip ülke sıfatını
taĢımaktadır. Bu potansiyel Avrupa ülkelerinin toplam hidroelektrik potansiyelinin ise %20‘si
mertebesindedir. Sadece GAP‘ın hidroelektrik potansiyeli Avrupa‘nın toplam potansiyelinin
%3,5‘i mertebesinde olarak Arnavutluk, Belçika, Bulgaristan, Danimarka, Finlandiya, Almanya,
Yunanistan, Macaristan, Portekiz, Romanya, Lüksemburg, Ġspanya, Ġngiltere, Hırvatistan,
Ġrlanda gibi ülkelerin hidroelektrik potansiyelinden daha fazladır [www.1insaaat.com].
Ülkemizde kiĢi baĢına düĢen enerji tüketimi Tablo 4‘de görüldüğü gibi 2900 kWh‘dir. GeliĢmiĢ
ülkelerin ve ABD‘nin bize oranla çok daha ilerde olduğu yani, ülkelerin geliĢmiĢliği ile enerji
üretiminin artması bu tablodan açıkça görülmektedir.
Tablo 4. KiĢi BaĢına Enerji Tüketimi (kWh) [DSĠ Genel Müdürlüğü].
Güneydoğu Anadolu Projesi, ülkemiz nüfusunun ve yüzölçümünün %10‘unu teĢkil eden bir
alanda; hidroelektrik potansiyelimizin %22‘sini kapsamaktadır. Cumhuriyet tarihinin en büyük
yatırımlarından biri olan ve DSĠ tarafından geliĢtirilen GAP kapsamında 7‘si Fırat havzasında,
6‘sıda Dicle Havzasında olmak üzere toplam 13 adet büyük proje yer almaktadır. GAP
kapsamındaki illerde, 10234 MW kurulu gücünde 36703 GWh/yıl enerji üretecek 105 proje
bulunmaktadır. Bugün ülke genelinde sağlanan hidroelektrik üretiminin %38,6‘sı GAP
kapsamındaki hidroelektrik santrallerden sağlanmaktadır. Konya Ovası Projesi‘nin uygulanması
ile Göksu Havzasından derive edilecek suların hidrolik enerji imkanından istifade maksadıyla
toplam 50,6 MW kurulu güçte 3 adet HES inĢa edilerek yıllık 147,5 milyon kWh enerji üretimi
gerçekleĢtirilmesi hedeflenmektedir. Doğu Anadolu Projesi kapsamında ise; 7 adet enerji projesi
yer almakta olup, toplam 1657 MW kurulu güce sahip bu projelerle 3 milyar kWh enerji
üretilebilecektir [Su Dünyası, Kasım 2009].
GAP‘ın büyüklüğünü ve önemini anlamak için Avrupa ve Dünya ölçeğinde sahip olduğu yere
bakmak gereklidir. Halen iĢletmede olan hidroelektrik santrallerin kapasite sıralamasında ise
GAP kapsamındaki Atatürk, Karakaya hidroelektrik santralleri dünyada sırasıyla 23. ve 28.
sırada, Avrupa‘da ise Bağımsız Devletler Topluluğunda yer alan hidroelektrik santralleri takiben
yine sırasıyla 8. ve 11. sırada yer almaktadır [Su Dünyası, Kasım 2009]. Güneydoğu Anadolu
692
Projesi aĢamalı olarak iĢletmeye geçecek ve planlanan projelerin devreye girmesi ülke
ekonomisine her yıl milyarlarca dolar katkıda bulunmaya devam edecektir.
Enerji potansiyelinin çok olduğu bir baĢka havzamız ise Çoruh Havzasıdır. Hidroelektrik enerji
üretimi maksatlı projeler zincirinin Çoruh havzasında hayata geçirilmesi planlanmıĢtır. Proje
kapsamında Borçka HES ve Muratlı HES iĢletmeye açılmıĢtır. Çoruh nehri master planı
içerisinde yer alan bütün projeler 8260 GWh enerjili olup, ülkemizin teknik hidroelektrik
potansiyelinin %4‘ünü karĢılamaktadır [Su Dünyası, 2011]. Çoruh Nehri üzerinde inĢaatı devam
eden diğer projeler ise; Deriner Barajı ve HES, Gülbağ Barajı ve HES, Artvin Barajı ve HES
projeleridir. Deriner Barajı inĢaatı tamamlandığında, ülkemizin en yüksek betonarme barajı
olacak ve yılda yaklaĢık 2118 GWh enerji üretimi ile ülkemizin enerji ihtiyacına büyük ölçüde
katkı bulunacaktır.
Su kaynaklarımızdan hidroelektrik enerji üretimi için faydalanmak üzere önemli adımlar
atılmıĢtır. Bazı geliĢmiĢ ülkelerde değerlendirilen hidroelektrik potansiyeli %90'lara ulaĢmıĢtır.
ABD teknik hidroelektrik potansiyelinin %86‘sını, Japonya %80'ini, Norveç %68'ini
geliĢtirmiĢtir. Ancak yapılan yeni çalıĢmalar geliĢen teknoloji ve maliyetlerin düĢmesinin
neticesinde bu potansiyelin 180-200 milyar kWh çıkabileceğine iĢaret etmektedir. Bugün
ülkemizde, enerjinin elektriğe çevrilerek kullanılan bölümü %24 dolayındadır. Otuz yıl sonra
bunun %40‘a ulaĢması beklenilmektedir. Kısaca üçüncü endüstriyel devrimin rakipsiz enerjisi
olan elektriğin 21.yy‘da da rolünün çok büyük olacağı Ģimdiden görülmektedir [Su Dünyası,
Kasım 2009].
3.HĠDROELEKTRĠK
KARġILAġTIRILMASI
SANTRALLERĠNĠN
DĠĞER
SANTRALLERLE
Ülkemizde elektrik üretiminde fosil yakıtlarla çalıĢan santraller dikkati çekmektedir (ġekil 2).
Oldukça yaygın orandaki kullanımlarına rağmen, termik santrallerin rantabiliteleri hidroelektrik
enerji potansiyeli içindeki tüm projelerden daha düĢüktür.
ġekil 2. Türkiye‘nin Kaynaklara Göre Üretim Dağılımı [Dalkır, 2010]
Hidroelektrik santrallerinin ilk yatırım maliyetinin yüksek oluĢu ve inĢa süresinin uzunluğu
olumsuz faktörler olarak ileri sürülmektedir. Oysa yapılan etütlere göre 2009 yılı itibariyle
tesislerin birim yatırım maliyetleri açısından hidroelektrik santrallerin maliyetleri, diğer
santrallere nazaran oldukça düĢüktür (Tablo 5).
693
Tablo 5. Enerji Santrallerinin Birim Yatırım Maliyetleri [Dalkır, 2010]
Görüldüğü gibi, sadece doğalgaz santrallerinin maliyeti hidroelektrik santrallerinin maliyetinden
daha ucuzdur. Ancak, doğalgaz santralleri 1 kW enerji için ortalama 0,212 m3 doğalgaz
tüketmektedir. 1000 m3 doğalgazın maliyeti yaklaĢık 110 dolar olup ülkemizde kullanılan
doğalgazın büyük bölümü ise ithaldir [www.1insaat.com]. Doğalgaz santrallerinin yatırım
maliyeti ucuz gibi görülse de iĢletme maliyeti hidroelektrik santrallere göre pahalıdır. Ayrıca,
doğalgaz aldığımız Rusya, Ġran gibi ülkelerin geçmiĢ yıllarda özellikle kıĢ aylarında alınan gazı
kesmeleri suretiyle bizlere yaĢattıkları sıkıntıların da üstesinden gelmek için yenilebilir enerji
kaynakları oldukça önemlidir.
Hidroelektrik santrallerin suyu depolama özellikleri de vardır. Bu özellikleri nedeniyle pik
saatler olan 18-22 saatleri arasında çalıĢmaları en faydalı durumdur. Ancak, ülkemizdeki enerji
ihtiyacı karĢılanamadığından HES‘ler temel yük olarak çalıĢtırılmaktadır. Ayrıca bu santraller
çok kısa sürede devreye girebilmeleri ile oldukça kullanıĢlıdırlar. Japonya‘da yapılan bir
araĢtırmaya göre; LNG çevrim santralleri 1 saatte, LNG doğalgaz santrali 3 saatte, fuel oil
santralleri 3 saatte, kömür santralleri 4 saatte, nükleer santraller 5 günde, klasik depolamalı
hidroelektrik santrallerle pompa depolamalı hidroelektrik santraller ise 3-5 dakikada devreye
girmektedir (TutuĢ, 2009). HES‘lerin bu özelliklerine rağmen Türkiye‘de pik saatlerde doğal gaz
ile çalıĢan santraller kullanılmakta ve bu da çok pahalıya mal olmaktadır.
HES‘lerin Ģu andaki en büyük rakibi doğal gaz ile çalıĢan santrallerdir. Sekizinci beĢ yıllık
Kalkınma Planı‘nın 1414‘üncü maddesinde, ―Hidrolik santrallerden yüzde 70 verim alınabilmesi
bir sorun olarak gündemde durmaktadır‖ olarak geçmiĢtir. Ancak, günümüzde hidroelektrik
santrallerden yüzde 95 verim alınabilmektedir. 1423‘üncü maddesinde ise, ―Sektör kaynakları
arasında doğalgazın önemli bir yeri ve önemi bulunmaktadır. Fiyat, verimlilik ve çevre açısından
avantajları ile doğalgazın tüketim payının artırılması amaçlanmaktadır‖ Ģeklindeki
değerlendirmelerden sonra doğalgaz ile enerji üretimi artmıĢtır [Yıldız, 2007]. ġekil 3‘ü
incelendiğinde 1998 yılından itibaren hidroelektrik enerji üretiminin düĢtüğü ve bunun yerine
doğalgaz kombine çevrim santralleriyle enerji üretiminin hızla arttığı görülmektedir. Aynı
Ģekilde 1995 yılından itibaren doğal gaz ile elektrik enerjisi üretimindeki hızlı artıĢ eğilimi dikkat
çekmektedir. Bu süreçte Türkiye‘nin toplam elektrik enerjisi üretimi de artmaktadır.
694
ġekil 3. Doğalgaz ve Hidroelektrik Enerji Üretimi [Elektrik Enerjisinde Bugün ve Geleceğimiz
Raporu].
Türkiye elektrik kapasitesini geliĢtirmez de oradan her yıl üretebileceği ilave 150 milyar kWh
elektriği doğalgaz santralleriyle üretirse, her yıl yurt dıĢına ilave 6,4 milyar dolar ödemek
zorunda kalacaktır. Bu gecikmenin 50 yıl olduğu düĢünülürse, yurt dıĢına gereksiz yere
aktarılacak ilave kaynağın toplam tutarı 320 milyar dolar olacaktır [Bakır, 2001].
Ülkemizdeki enerji talebinin artması ve diğer alternatif enerji santrallerinin yapımındaki
gecikmeler, ilave kapasite oluĢturmak için doğal gaz santrallerini avantajlı kılmıĢtır. Bu durumda
doğal gaz santralleri ülkemizin enerji planlaması içerisindeki arz talep dengesini sağlamak adına
uygun görülmektedir. Ancak, enerji üretiminde dıĢa bağımlı olduğumuz böyle bir kaynağın
kullanımını artırmak, hem enerji maliyeti hem de artan bağımlılık açısından oluĢan
olumsuzlukları artırmaktadır. Bu nedenle maliyetli çok olan ve dıĢarıdan ithal edilen doğal gaza
en az ihtiyaç duyulacak Ģekilde tekrar bir enerji planlaması yapmak ve yerli kaynakları kullanan
santrallere öncelik vererek, bir an önce devreye girmesi için her türlü düzenlemeleri yapmak
ülkemizin geleceği açısından son derece önemlidir. Yerli ve yenilenebilir enerji kaynaklarının
geliĢtirilmesinin gecikmesi ile enerji planlamasının sapması ve enerji talebinin baĢka bir
kaynakla sağlanması sonucunu doğuracaktır.
Elektrik enerjisi üretiminde doğal gazı enerji kaynağı olarak kullanmak genel açıdan
bakıldığında sorun değildir. Ancak, ülkemizde bu durum yaĢanan bir sorun haline gelmiĢtir.
Enerji üretilmesinde diğer bütün geliĢmiĢ ülkelerde olduğu gibi ülkemiz de planlamalarında
yerli, ucuz ve temiz enerji kullanımına öncelik vermelidir. Bunun aksine bir tutum ile dıĢarıdan
alınan fosil yakıtlar, ülkemizin mali kaynaklarını yurt dıĢına akıtmaktır.
Hidroelektrik santral tesislerinin maliyetlerinin düĢük olması, enerji kaynağının yerli olması,
alternatiflerine nazaran daha çevre dostu olması, enerjinin depolanamaması dezavantajına
rağmen suyun depolanabilmesi ile istenilen zamanda enerji üretilebilmesi sebebiyle değiĢken
enerji talebine kolay uyum sağlayabilme özelliğine sahip olması avantajları hidroelektrik
tesislerinin öncelikli olarak geliĢtirilmesini etkin kılan etkenlerdir. Ġlk yatırım maliyetlerinin
yüksek olması, hidrolik Ģartların değiĢebilmesi gibi bazı dezavantajları, hidroelektrik
695
santrallerden sağlanan avantajların yanında önemsiz kalmaktadır. Bu sebeple; ülkemizin
hidroelektrik enerji potansiyelinin kullanılmayan kısmının kullanılması ve geliĢtirilmesi ulusal
menfaatlerimiz açısından büyük önem arz etmektedir.
OluĢan bu hal, enerji üretmede yabancı kaynak bağlılığının tehlikeli oranlarda artmasına sebep
olacaktır. Bulunduğumuz durum ve yapılan üretim planlamaları doğal gaz bağımlılığının kısa
sürede artacağını, bunun sonucu olarak da elektrik fiyatlarının yükseleceğini ortaya koymaktadır.
Bu sebeple Türkiye; yerli kaynakların kullanılmasının önündeki sorunları aĢmak ve uygulamada
yerli kaynak kullanımını destekleyici tavır sergilemek zorundadır. Farklı iĢletme özellikleri ve
avantajları göz önünde bulundurularak hidroelektrik santrallerin yapımına öncelik vermek
amacıyla, HES yapılması için engellerin kaldırılması uygun olacaktır.
KAYNAKLAR
1. Dursun YILDIZ, ―Stratejik Analiz‖, Mart 2007
2. R. Serkan KARAKUġ, Devlet Su ĠĢleri Genel Müdürlüğü, 2011
3. VII. Ulusal Temiz Enerji Sempozyumu, UTES‘2008, Ġstanbul, 17-19 Aralık 2008
4. Su Dünyası, ―Yenilenebilir Enerji Kaynakları‖, Eylül 2009
5. www.1insaat.com, ―Hidroelektrik Potansiyel‖
6. Su Dünyası, Kasım 2009
7. Özcan DALKIR, Devlet Su ĠĢleri Genel Müdürlüğü Teknik DanıĢmanı, 2010
8. N. Nadi BAKIR, Mayıs 2001
9. Ayla TUTUġ, ―Barajlar ve Hidroelektrik Santraller‖, Kasım 2009
10. Elektrik Enerjisinde Bugün ve Geleceğimiz Raporu.
696
BÜYÜK MENDERES VE BATI AKDENĠZ HAVZALARINDA ĠNġA
EDĠLEN HĠDROELEKTRĠK SANTRALLERĠN SORUNLARI VE ÇÖZÜM
YOLLARI ÜZERĠNE BĠR ÇALIġMA
Cengiz KOÇ
DSĠ 21. Bölge Müdürlüğü, AYDIN
[email protected]
Mesut KOÇAK
DSĠ Genel Müdürlüğü, ANKARA
[email protected]
Ebru YILMAZ
Onsekiz Mart Üniversitesi, ÇANAKKALE
[email protected]
ÖZET
Hidroelektrik, yenilenebilir elektrik üretimi için önemli bir kaynak olup, yeĢil enerji olarak
pazarlanan önemli bir potansiyeldir. Global bakıĢ açısından taĢkın riskini azaltma, acil durum
yönetimi, iklim değiĢiminin etkilerini hafifletmek gibi üstünlükler sağlarken, hidroelektrik
santrallerin inĢaatı ve iĢletilmesi yöresel ve bölgesel seviyede bazı çevresel etkilere yol
açabilmektedir. Bu etkiler, doğal arazi koĢullarının bozulmasını, doğal akıĢ rejimlerinin
değiĢimini, sucul yaĢamın kaybı ve balık varlığının zarar görmesini içermektedir. Bu çalıĢmada,
Büyük Menderes ve Batı Akdeniz havzalarında Devlet Su ĠĢleri (DSĠ) veya özel sektör
tarafından inĢa edilerek iĢletilen hidroelektrik santrallerin sorunları ortaya konmuĢ, çözüm yolları
araĢtırılarak, konuya iliĢkin önerilerde bulunulmuĢtur.
Anahtar Kelimeler: Hidroelektrik santral, iĢletme sorunları, Büyük Menderes, Batı Akdeniz.
A STUDY ON SOLUTIONS AND PROBLEMS OF THE HYDROELECTRIC POWER
PLANTS CONSTRUCTED IN BUYUK MENDERES AND WESTERN
MEDITERRANEAN BASINS
ABSTRACT
Hydropower is a key source for renewable electricity generation and has an important potential
to be marketed as green power. While offering ecological advantages from a global perspective,
such as climate change mitigation, emergency management and reduction of flooding risk, the
construction and operation of hydropower plants may cause some environmental impacts on the
local and regional level. These include harm to fish populations, a loss of aquatic habitat, a
significant change in natural flow regimes and deterioration of the landscape. The paper aims to
suggest the resolve ways, and to research the problems of Hydropower plants operated and
697
constructed by State Hydraulic Works (DSI) or Private Sector in the Buyuk Menderes Basin and
West Mediterranean Basin.
Keywords: Hydropower plant, operation problems, Buyuk Menderes, West Mediterranean
1.GĠRĠġ
Hidrolik güç, elektrik üretimi için dünyadaki yenilenebilir enerjinin en önemli kaynağını
oluĢturmaktadır. Dünyada teknik açıdan mümkün olabilen hidroelektrik potansiyelinin günümüz
toplam elektrik talebine denk olan 14.370 TWhyıl-1 olduğu tahmin edilmektedir. Ekonomik
açıdan mümkün olabilen miktar ise 8.080 TWhyıl-1 dır. Dünyada 1999 yılında tüketilen
hidroelektrik potansiyelin dünya elektriğinin yaklaĢık %19‘u olan 2.650 TWh kabul edilmektedir
[Palish, 2002]. Kanada, 2001 yılında, toplam üretimin %13‘ü olan 350 TWh.yıl -1 hidroelektrik
üretimiyle dünyanın en büyük üreticisidir. BirleĢmiĢ Milletler, Brezilya, Çin ve Rusya elektrik
üretiminde Kanada‘nın arkasında yer almaktadır [ERE, 2005]. Tablo 1‘de kıtalara göre teorik,
teknik ve ekonomik olarak kullanılabilecek hidroelektrik potansiyelleri verilmiĢtir [Lins ve
Laguna, 2004]. Dünya Bankası fakir ülkelerde yaĢayan insanların toplam gelirlerinin
%12‘sinden daha azını enerjiye harcadığını ve yaklaĢık 1.7 milyar kiĢinin elektrikten yoksun
olduğunu ortaya koymuĢtur [Laguna ve ark., 2006].
Tablo 1. Dünya teorik, teknik ve ekonomik hidroelektrik potansiyeli
Tanımlama
Teorik Potansiyel
(GWh)
Teknik Potansiyel
(GWh)
Ekonomik
Potansiyel
(GWh)
Afrika
4.000.000
1.665.000
1.000.000
Asya
19.000.000
6.800.000
3.600.000
Avustralya
600.000
270.000
105.000
Avrupa
3.150.000
1.225.000
800.000
Kuzey ve Orta Amerika
6.000.000
1.500.000
1.100.000
Güney Amerika
7.400.000
2.600.000
2.300.000
Dünya Toplamı
40.150.000
14.060.000
8.905.000
TÜRKĠYE
433.000
216.000
130.000
Ülkemizin ortalama yükseltisi 1131 m olup, 1000 m‘den yüksek alanlar toplam yüzeyin
% 55, 5'ini kaplamaktadır. Ülkemiz arazisinin % 64'ünün eğimi % 12'nin üzerindedir. Ortalama
yüksekliği bir kilometrenin üstünde olan ülkemizde akarsu eğimleri de fazladır. Bu topoğrafik
yapı ve hidrolojik koĢullar ülkemizi hidroelektrik enerji üretimi açısından avantajlı kılmaktadır.
Hidroelektrik enerji santrallerinin yerli kaynak kullanmaları yanında iĢletme, çevre ve stratejik
açılardan da avantajları bulunmaktadır. Tüm bu avantajlar, bu tesisleri ulusal çıkarlarımız için bir
an önce geliĢtirilmesi gereken enerji tesisleri arasına koymaktadır. Ülkemiz teorik olarak 433
milyar kWhyıl-1, teknik olarak 216 milyar kWhyıl-1 ve teknik-ekonomik olarak ise 130 milyar
kWhyıl-1 hidrolik enerji üretim kapasitesine sahip bulunmaktadır. Bunun, 48,1 milyar kWhyıl1
'lık bölümü geliĢtirilmiĢ bulunmaktadır. 2010 yılı itibarıyla ülkemizdeki hidroelektrik santraller
kurulu güçlerine göre, iĢletmede olan 15000 MW (%37), inĢa halinde olan 7600 MW (%18) ve
geliĢtirilmekte olan ise 18400 MW (%45) olarak belirlenmiĢtir [DSĠ, 2010]. Ülkemizde tüketilen
elektrik enerjisinin yaklaĢık %50'si ise sanayide kullanılmaktadır.
698
Ülkemiz, özel sektörce 1951 yılında inĢa edilen ve kurulu gücü 9,2 MW olan Derme ve Murgul
Hidroelektrik Santralleriyle (HES) ilk kez hidroelektrik enerji ile tanıĢmıĢtır. Ġlk büyük HES
1956 yılında hizmete alınan 54 MW Kurulu güce sahip Seyhan I HES dır [Oğuz, 2008].
Yenilenebilir temiz enerji kaynaklarından biri olan hidroelektrik potansiyelin geliĢtirilmesi
amacıyla HES tesislerinin kurulması ve iĢletilmesi kamunun yanı sıra, 3096 ve 4628 sayılı
kanunların yürürlüğe girmesiyle özel sektör de enerji üretimindeki yerini almıĢtır. Devlet Su
ĠĢleri (DSĠ) tarafından inĢa edilen HES tesisleri de Elektrik Üretim Anonim ġirketi‘ne (EÜAġ)
devredilerek ulusal ekonomiye kazandırılmıĢtır. 2009 yılı baĢı itibarıyla isletmeye 191 adet HES
tesisi alınmıĢ olup, EÜAġ ve özel sektör tarafından isletilmektedir. Her gecen gün bu sayı hızla
artmaktadır.
Bu çalıĢma, Büyük Menderes ve Batı Akdeniz havzalarında DSĠ veya özel sektör tarafından inĢa
edilerek iĢletmeye açılan Hidroelektrik santrallerin sorunlarını araĢtırmayı ve çözüm yollarına
iliĢkin önerilerde bulunmayı amaçlamıĢtır.
2.MATERYAL VE METOD
Materyal olarak Büyük Menderes ve Batı Akdeniz havzalarında DSĠ veya özel sektör tarafından
inĢa edilen ve iĢletilen Hidroelektrik santraller ele alınmıĢtır. Aydın ve Denizli illeri Büyük
Menderes, Muğla ili Batı Akdeniz havzasında yer almaktadır (ġekil 1). Büyük Menderes
havzasının ana su kaynağı B.Menderes nehri, Batı Akdeniz havzasının ise Dalaman çayıdır.
Büyük Menderes ve Batı Akdeniz havzalarında iĢletmeye açılmıĢ 14 adet Baraj, 7 adet gölet
olmak üzere toplam 18 adet depolama tesisi bulunmaktadır. Her iki havzada DSĠ tarafından inĢa
edilen 36 adet sulama projesi vasıtasıyla 242 000 ha alan sulamaya açılmıĢtır [Koç ve ark.,
2010].
ġekil 1 Büyük Menderes ve Batı Akdeniz Havzalarında ĠnĢa edilen HES‘ler
699
Büyük Menderes havzasında 12, Batı Akdeniz havzasında 6 adet HES inĢa edilerek iĢletmeye
açılmıĢtır. Tablo 2 de iĢletmeye açılan HES‘ lerin isimleri, inĢa edildiği il/ilçe su kullanım
anlaĢmasının yapıldığı yıl, iĢletmeye açılıĢ tarihleri, iĢleten kuruluĢ, HES tipi, HES‘ in yeri,
toplam kurulum gücü (MW), proje üretim değerleri (GWhyıl-1) ve üretim gerçekleĢme oranları
verilmiĢtir. Genel olarak, 2000‘li yılların baĢında yapılan yeni yasal düzenlemeler sonucu DSĠ ve
Enerji Piyasası Düzenleme Kurumu (EPDK) tarafından proje onayları ve lisansları verilen kanal
veya nehir HES tesisleri üzerinde, özellikle 2007 yılından baĢlayarak özel sektör yatırımları
büyük bir artıĢ göstermiĢtir. HES tesisleri ile ilgili baĢvuru ve lisans alma sürecinin ilk aĢaması
söz konusu proje için fizibilite raporlarının hazırlanarak DSĠ‘ye ulaĢtırılmasıdır. Raporları DSĠ
tarafından incelenen ve kabul edilen firmalarla Su Kullanım Hakkı AnlaĢması imzalanır ve
elektrik üretim lisansı almak üzere EPDK‘ya gönderilir. Çevresel Etki Değerlendirmesi (ÇED)
olumlu belgesi ve sonrasında inĢaat ruhsatının alınması ile tesis kurulur ve iĢletilmeye baĢlanır
[Avcı, 2008; EÜAġ, 2008].
Ülkemizdeki HES‘ler 4628 Sayılı Elektrik Piyasası Kanunu, 3096–3996 Kanuna göre YĠD
Modeli, 4628 sayılı EPK hükümleri çerçevesinde tüzel kiĢiler tarafından HES tesisleri kurulması
ve iĢletilmesine iliĢkin Su Kullanım Hakkı AnlaĢması‘na göre inĢa edilmekte ve iĢletilmektedir.
4628 sayılı Elektrik Piyasası Kanunu ve bu kanuna istinaden çıkarılan Elektrik Piyasası Lisans
Yönetmeliği hükümleri çerçevesinde halen piyasada faaliyet gösteren veya gösterecek tüzel
kiĢiler tarafından hidroelektrik enerji üretim tesisleri kurulması ve iĢletilmesine iliĢkin üretim,
otoprodüktör, otoprodüktör grubu lisansları için DSĠ ve tüzel kiĢiler arasında düzenlenecek Su
Kullanım Hakkı AnlaĢması (SKHA) imzalanması iĢlemlerinde uygulanacak usul ve esasların
belirlenmesine yönelik hazırlanan ―Elektrik Piyasasında Üretim Faaliyetinde bulunmak üzere
SKHA imzalanmasına iliĢkin usul ve esaslar hakkında yönetmelik 25150 sayılı resmi gazetede
yayımlanmıĢtır. Ayrıca, 25 Mayıs 2004 tarih ve 25472 sayılı resmi gazete ile 17 Ekim 2005 tarih
ve 25969 sayılı resmi gazetede yayınlanan yönetmelik değiĢikliği de yayımlanmıĢtır.
3.SONUÇLAR VE TARTIġMA
Büyük Menderes ve Batı Akdeniz Havzalarında iĢletmeye açılan HES‘ lerin proje üretim
değerleri ve 2010 yılı üretim değerleri grafiksel olarak sunulmuĢtur (ġekil 2). Ġncelenen
HES‘lerin proje üretim değerine göre enerji üretim gerçekleĢme oranları %9 ile %125 arasında
değiĢim göstermektedir. GerçekleĢen üretim değerleri oldukça farklı bir aralıkta gerçekleĢmiĢtir.
Bu farklılığın baĢlıca nedenleri; HES‘ in inĢa edildiği su yapısının iĢlevi (nehir, baraj ve kanal
üzerinde inĢa edilmesi), sulama sürecinin uzunluğu veya kısalığı, su kaynağının mevcut miktarı,
kurak ve yağıĢlı süreçler, tribün kapasitesi ve optimum debi aralığı olarak sıralanabilir. Havza
HES‘ lerinde gerek yapım, gerekse iĢletme aĢamasında karĢılaĢılan sorunlar aĢağıda
sıralanmıĢtır.
700
Tablo 2. Büyük Menderes ve Batı Akdeniz Havzalarında ĠnĢa Edilerek ĠĢletmeye Açılan HES'ler
Batı Akdeniz Havzası
701
Büyük Menderes Havzası
Havza
Adı
HES Ġsmi
Ġli
Ġlçesi
Su
Kullanım
ĠĢletmeye
AnlaĢması
AçılıĢ Yılı
Yapılan
yıl
Feslek HES
Aydın
Nazilli
1999
2004
BaĢaran HES
Aydın
Nazilli
2005
2006
Akçay HES
Aydın
Bozdoğan
2009
2009
Sırma HES
Aydın
Bozdoğan
2006
2009
Kemer HES
Aydın
Bozdoğan
Cindere HES
Denizli Güney
Adıgüzel HES
Denizli Güney
Çal HES
Denizli Çal
1999
2001
Bereket I-II HES
Denizli Merkez
1995
1998
Dodurgalar I - II
HES
Denizli Acıpayam
1995
2004
Ege I HES
Denizli Merkez
2002
2009
Bekilli HES
Denizli Çal
Dalaman
I,II,III,IV,V HES
Muğla Dalaman
1996
19932003
Gökyar HES
Muğla Dalaman
2003
2006
Çaldere HES
Muğla Dalaman
2001
2008
Bağcı - Beyobası
HES
Muğla Dalaman
1997
1998
Fethiye HES
Muğla Fethiye
1997
1999
EĢen (GöltaĢ) II
HES
Muğla Fethiye
1999
2003
1958
2006
2008
1990
1954
ĠĢleten KuruluĢ
HES
Tipi
Bereket Enerji Üretim
A.ġ
Ekin Hidroelektrik
Üretim Ltd. ġti.
Akçay HES Elektrik
Üretim A.ġ.
Beyobası Enerji Üretim
A.ġ.
HES'in Yeri
Toplam
Proje
Kurulu
Üretimi
Güç
(GWh/yıl)
(MW)
2010 Yılı
GerçekleĢme
Üretimi
Oranı (%)
(GWh/yıl)
Elektrik
Üretimi
Elektrik
Üretimi
Elektrik
Üretimi
Elektrik
Üretimi
Elektrik
EÜAġ
Üretimi
Elektrik
Entek Enerji A.ġ.
Üretimi
Elektrik
EÜAġ
Üretimi
YĠD
Limak A.ġ.
Modeli
Bereket Enerji Üretim Elektrik
A.ġ
Üretimi
Elta Elekrik Üretim
Elektrik
Ltd. ġti.
Üretimi
Denizli Elektrik Üretim Elektrik
A.ġ.
Üretimi
Elektrik
Bekilli Belediyesi
Üretimi
Nazilli Sağ Sahil Sulama
Kanalı
8,84
41,00
18,56
45
Nazilli Sol Sahil Sulama Kanalı
0,60
4,27
0,91
21
Akçay Çayı
28,78
94,88
8,28
9
Akçay Sulaması Sol Sahil Ana
Kanalı
5,88
23,20
6,90
30
Akçay Çayı
48,00
143,00
122,21
85
Büyük Menderes Nehri
28,50
88,10
53,31
61
62,00
280,00
128,53
46
2,20
11,75
12,90
110
3,15
12,00
13,05
109
4,14
12,00
11,66
97
Çürüksu Sol Sahil Ana Kanalı
0,92
4,38
3,11
71
Çal HES Kuyruk Suyu Kanalı
Sonunda
0,33
0,40
A.ġ
Elektrik
Üretimi
Dalaman Çayı Üzerinde
Regülâtör
26,25
138,35
173,27
125
A.ġ
Çaldere Elektrik
Üretim A.ġ.
Bağcı Balık Gıda En.
Ür.San.Tic.A.ġ.
Fethiye Enerji ve Tic.
A.ġ.
GöltaĢ Enerji Sanayi ve
Tic. A.ġ.
Elektrik
Üretimi
Elektrik
Üretimi
Elektrik
Üretimi
YĠD
Modeli
Elektrik
Üretimi
Dalaman Çayı Üzerinde
Regülâtör
11,62
60,00
40,94
68
Çaldere Bendi
8,74
35,00
30,37
87
0,34
1,70
1,53
90
16,50
90,00
59,98
67
43,40
187,50
142,63
76
Çürüksu Sağ Sahil Sulama
Kanalı
Dodurgalar I-II HES Ġletim
Kanalı
Yuvarlak çay Bağcı Balık Ürt.
Çift. ÇıkıĢ Havuzu
Fethiye Sağ Sahil Sulama
Kanalı
EĢen Regülâtörü ve Ġletim
Sistemi Üzerinde
ġekil 2. Ġncelenen HES'lerin proje ve 2010 yılında gerçekleĢme değerleri
3.1.HES’lere ĠliĢkin Sorunlar
HES fizibilitesinde belirtilen su yapılarının boyutsal (regülatör yüksekliği, kanal kapasitesi, cebri
boru çapı, santral kurulu gücü) değerleri ile uygulamada gerçekleĢen değerler arasında
farklılıkların bulunması (Batı Akdeniz havzasında, Dalaman çayı üzerinde Bereket HES-I de
regülatör yüksekliğinin artırılması ve Büyük Menderes havzasında Ege HES-I de ana kanal
kapasitesinin yeterli olmaması), özellikle YĠD kapsamındaki HES‘ lerde öngörülen üretim
kapasitesine ulaĢılamaması nedeniyle enerji fonundan para almaları ve devletin zarara uğraması
(FETAġ HES).
Enerji piyasanın hızlı bir serbestleĢme sürecine girmesi nedeniyle projeler ilana açıldıktan kısa
bir süre içinde özel sektör baĢvuruları kabul edilmiĢtir. Bu süreç içerisinde havza
değerlendirmesi yapılmadığı, mevzuatın öngördüğü süre kısıtları dolayısıyla da yeterli bir teknik
inceleme ve değerlendirmelerin yapılamadığı yönünde eleĢtiriler bulunmaktadır. Fizibilitelerin
genellikle su ölçümlerinden yola çıkılarak hazırlanması nedeniyle gerçekten verimli projeler
olup olmadıkları lisans alındıktan sonra yapılan revize çalıĢmalar sonucunda ortaya çıkmaktadır
(Büyük Menderes havzası, Cindere barajında, ENTEK HES). Fizibilitede lisans alındıktan sonra
yapılan değiĢiklikler tesislerin yapım sürecini geciktirmektedir.
ġirketler tarafından geliĢtirilen projelerin birçoğu güncel verileri kullanma yerine, bölge ile ilgili
geçmiĢte yapılmıĢ ölçümler temel alınarak geliĢtirilmiĢtir. ġirketler, lisans aldıktan sonra
projelerin birçoğu için revize fizibilite raporları hazırlamakta, bu durum tesislerin yapımının
702
gecikmesine, lisansların tadiline ve bağlantı görüĢlerinin tekrar değerlendirilmesine veya
değiĢtirilmesine neden olmaktadır.
Hidrolik kaynakların kesintisiz bir kaynak olarak değerlendirilmesi nedeniyle memba ve
mansapta yer alan projeler dikkate alınmadan hazırlanan fizibilitelerin birbirlerine olan etkileri
(tesisten bırakılan su miktarının az ya da çok olmasının alt kotta yer alan tesisi nasıl etkileyeceği)
yeterince dikkate alınmamaktadır. Bu durum, iĢletme aĢamasındaki tesislerin verimliliği ve
üretilecek enerji miktarlarına etkili olmaktadır.
EPDK‘ya lisans baĢvurusu yapılan akarsularda, yerel kurum ve kuruluĢlar ile halkın görüĢmeleri
alınmadan lisanslarının verilmesi nedeniyle HES projelerinin inĢaatı söz konusu olduğunda yöre
halkı ile sosyal ve teknik anlamda sorunlar yaĢanmaktadır (ĠnĢaatına baĢlanan, ancak durdurulan,
Batı Akdeniz havzası, Yuvarlak çay HES).
4628 sayılı yasa kapsamında lisans alınarak inĢaatına baĢlanan HES‘lerin gerek yapım ve
gerekse iĢletme aĢamasında doğabilecek sorunların denetim esasları ve denetimi yapacak kurum
net olarak belirtilmediği için yapılan çalıĢmaların denetimi mümkün olmamaktadır.
HES proje alanları jeolojik, topoğrafik ve iklim özellikleri açısından sel ve heyelan gibi afetlere
karĢı son derece hassastır. Doğaya olan müdahaleler sonucu bitki örtüsünün tahribi, dik
yamaçlarda açılan yollar, taĢ ocaklarında yapılan patlatmaların yarattığı sarsıntılar; havzanın
eğim, anakaya, toprak ve su dengesini olumsuz yönde etkileyebilmektedir (Batı Akdeniz
havzası, GöltaĢ HES I-II Fethiye).
HES‘lerin memba ve mansabında su kullanım haklarının net olarak anlaĢmalarda yer almaması,
sulama ve enerjide kullanılan suyun paylaĢımı konusunda çeĢitli anlaĢmazlıkların ortaya
çıkmasına neden olmaktadır (Ege HES-I, Çal HES).
SKA‘nın ilgili maddesinde belirtilen mansap su ihtiyaçlarının belirlenmesi ve takibine yönelik
ekolojik denge debisi mansap-suyu taslak protokolü henüz hayata geçirilememiĢtir. Sucul
yaĢamın ve diğer ekosistemlerin devamını sağlayacak ekolojik su ihtiyacının miktarı ve serbest
bırakılma koĢulları havzanın yapısı göz önüne alınarak bilimsel bir yöntem ile belirlenmelidir.
Bu miktar; Avusturya‘da yıllık minimum ortalama akıĢ ve yıllık minimum akıĢ arasındaki değer,
Fransa‘da ise genel olarak 80 m3s-1 den daha büyük akıĢlar için yıllık ortalama akıĢın 1/10‘u,
Yunanistan‘da, yazın oluĢan ortalama akıĢın 1/3‘ü, Ġngiltere‘de standart bir yöntem bulunmayıp,
bu değer lisans vermeden arazi koĢullarında yapılan deneysel çalıĢmalar ile belirlenmektedir
[ESHA, 2010].
HES tesisi bulunan ortak tesisler (regülatör, iletim veya ana kanal) için iĢletme-bakım-onarım
iĢleri ile suyun zaman ve miktar yönünden paylaĢımını içeren SKA ile uyumlu bir Ek protokolün
DSĠ koordinatörlüğünde ve tüm paydaĢlar arasında yapılması gerekmektedir (Ege HES-I, Çal
HES). Yerel halkın ihtiyaçları için yaptığı tarımsal faaliyetler ile sulu tarım için günümüzde ve
703
gelecekte gereken su miktarı hesaba katılmamaktadır. Ayrıca, alabalık üretim çiftlikleri de
kısmen ya da tamamen zarar görebilmektedir (GöltaĢ I-II).
3.2.ĠĢletme AĢamasında KarĢılaĢılan Sorunlar
ArdıĢık HES tesislerinin çalıĢma süreleri ve suyun aynı zamanda sulamada kullanılması
nedeniyle santral çalıĢma saatleri (elektrik fiyatlarının yüksek olduğu saatler) ile memba-mansap
su iliĢkileri ve sulama suyu talepleri arasında oluĢan düzensizlikler, sulama ve enerjide kullanılan
sular ile ilgili hazırlanan su planlamasının istenen düzeyde yapılamaması.
Doğal yaĢamın sürekliliği ve mansaptaki diğer ihtiyaçlar için özellikle, dere yatağına bırakılacak
suyun miktarı, bırakılması ve kontrol edecek kurumun yetkileri konusunda sorunların yaĢanması.
Sulamaya ve enerjiye verilen su oranlarının belirlenmesinde kullanılan Akım Gözlem
Ġstasyonlarının (AGĠ) veya ölçüm tesislerinin sayısal ve iĢlevsel olarak yetersiz olması, uygun
kesitlerde kullanılmaması ve sağlıklı çalıĢtırılmaması. AGĠ‘ lerin veya ölçme tesislerinin
arızalanma sürecinde ölçüm yapacak alternatif ölçü cihazı veya tesislerin olmaması.
Hidro-meteorolojik (yağıĢ, akıĢ, buharlaĢma) değerleri yeterince takip etmeden ve verimli
kullanmadan iĢletme yapılması, bazı durumlarda da fazla üretim amacıyla rezervuardaki suyun
programsız Ģekilde tüketilerek ekolojik sorunlar yaratılması.
Ortak tesise sahip bazı HES tesislerinde SKA‘da belirtilen iĢletme, bakım ve onarım
masraflarıyla ilgili maddenin gereklerinin tam olarak yerine getirilmemektedir. Özellikle, YĠD
HES‘lerde santrale beklenenden az su gelmesi nedeniyle iĢletme ve bakım ücretlerine
katılmaktan ve Ek protokol yapmaktan kaçınan HES tesisleri de yer almaktadır (Çal HES).
SKA‘nın 5. maddede belirtilen ―... santrale su gelmemesi veya az su gelmesi ve bu süre içinde
çalıĢtırılamaması durumunda Ģirket herhangi bir talepte bulunmayacaktır.‖ denmesine rağmen
Ģirketler mevcut suyun tümünü talep edebilmekte ya da eksik üretim nedeniyle tazminat
talebinde bulunabilmektedir (Ege HES I ve Fethiye HES)
Kanal santrallerinde türbin giriĢ debisi ve buna denk düĢen puant güç ve özgül suyun
belirlenmesinde zorluklar yaĢanmaktadır
Ekolojiyi ve enerji üretimini olumsuz etkileyen sediment miktar ve davranıĢının belirlenememesi
(Fethiye HES).
704
Ülkemizde son yıllarda ortaya çıkan enerji açığı ve dıĢa bağımlılık sorunu Türkiye‘yi aslında
uygulaması gereken uzun vadeli enerji politikaları yerine, kısa vadede çabuk sonuç almayı
hedefleyen yöntemler kullanmaya itmiĢtir. Bu kapsamda, 2007 yılı elektrik üretiminde toplam
payı %18,7 olan hidrolik kaynaklı enerji payının akarsu kaynaklarımız üzerinde projelendirilen
nehir ve/veya kanal tipi hidroelektrik santraller ile arttırılması son dönemde baĢvurulan
seçeneklerden biridir. Ancak, arazi yapısının oldukça sarp ve eğimin yüksek oluĢu, bölgedeki
orman, toprak ve su kaynaklarının ciddi Ģekilde zarar göreceği gerçeğini gözler önüne sermiĢtir.
Havzalarda incelenen HES‘ler ve sorunları göz önüne alındığında bu sorunların giderilmesine
yönelik yapılan öneriler aĢağıda sıralanmıĢtır.
Proje yapılacak alanlarda entegre havza yönetimini temel alan planlamalar yapılmalıdır. Entegre
havza planlamaları çeĢitli meslek disiplinleri ve temsilciler, yerel yönetimler ve sivil toplum
örgütlerini içine alarak oluĢturulmalıdır. DSĠ Genel Müdürlüğü‘nde fizibilitelerin incelenmesi
aĢamasında entegre havza planlamasından hareketle proje bazında değil, havza bazında karar
alınması sağlanmalıdır. Havzalarda mevcut durum göz önüne alınarak, yapılabilecek
iyileĢtirmelerin neler olabileceği belirlenerek uygulamaya geçilmesi yerinde olacaktır.
Hidroelektrik santrallerin iĢletilmesinde kullanılan debiler sulama hizmetleri için gereksinim
duyulan debiler ile örtüĢecek Ģekilde planlanmalıdır. Sulama süreçlerinde barajlardan bırakılan
suların öncelikle enerjisi alınmakta daha sonra sulama hizmetlerinde kullanılmaktadır.
Havzadaki tüm paydaĢların katılımı ile hazırlanan havza genel sulama planlamasında
kullanılacak debilerin belirlenmesinde baraj ve kanal hidroelektrik santrallerine ait minimum ve
maksimum tribün debileri göz önüne alınmaktadır [Koç ve ark., 2010a].
Su ile ilgili yapılacak tüm planlamalar; mevcut su potansiyelinin belirlenebilmesi ve geleceğe
dönük hesaplamaların doğru olarak yapılabilmesi için uygun yöntemlerle toplanmıĢ ve
kullanıcının hizmetine sunulmuĢ veri tabanını temel almalıdır.
HES projelerinin hazırlanması aĢamasında, yörede yaĢayan halkın ve flora ve faunanın su
gereksinimi, ekolojik sistemlerin devamlılığı, orman, mera ve arazilerde oluĢacak tahribat
durumu, bölgeye özgü tesis tipinin seçimi, tesis alanlarının jeolojik, topoğrafik, iklimsel
koĢulları, projelerin toplumsal ve kültürel etkileri yeterince değerlendirilmelidir.
ÇED uygulamalarında, yargı kararlarında belirtilen eksikliklerin dikkate alınması ve giderilmesi
bu yönde tesis edilecek iĢlemlerin iptalini en az seviyeye indirecektir. Ayrıca, bu uygulamalar ile
ilgili yöre halkının ve sivil toplum örgütlerinin belirttiği sorunlara hassasiyet gösterilmesi
çevresel tepkileri azaltabilecektir.
Yenilenebilir enerjinin çevresel etki konusunda üstünlüklerinin daha iyi anlatılması için gerekli
konferans, seminer ve paneller düzenlenmeli, Ģirketler tarafından olayın sosyal boyutu göz ardı
edilmemeli, iĢ imkânı sağlanmasında yöre halkına öncelik verilmeli, tesisin kurulacağı bölgenin
iskânına yardımcı olunmalı, HES projeleri ile ilgili yöre halkı bilgilendirilmeli ve Ģirketler
705
tarafından çevre mevzuatına uymada azami gayretin gösterilmesi yönünde çalıĢmalar
yapılmalıdır.
Bölgesel su ihtiyacının önceden tespit edilmesi, su kullanımını engelleyebilecek durumların
düzenleme altına alınması, üst ve alt santrallerin aynı anda üretim yapmak istememeleri gibi
durumları düzenlemek, memba-mansap iliĢkilerini ve su kontrolünü sağlamak için gerekli
çalıĢma ve havza yönetim sisteminin planlanması gerekmektedir. Üretim faaliyetlerinin kamu
eliyle yürütüldüğü süreçte DSĠ-EÜAġ arasındaki sisteme benzer bir yapılanmanın, özel sektör
üretim Ģirketleri arasında da yapılması bir an önce sağlanmalıdır.
HES‘ lerde çalıĢacak tecrübeli/yetkin personelin bulunması oldukça zordur. Üniversiteler,
meslek liseleri eğitim müfredatlarının bu sıkıntıyı göz önüne alarak düzenlemeli, kalifiye eleman
( özellikle teknisyen/tekniker) yetiĢtirilmeli, teknik branĢlarda eğitim gören öğrenciler için, HES
yatırımları ile ilgili mühendislik eğitimlerine daha çok ağırlık verilmelidir. Mezunlar enerji
projelerinde çalıĢabilecek donanımda yetiĢtirilmeye özen gösterilmelidir.
Akarsu yatağına ekolojik amaçlı bırakılacak suyun belirlenmesinde ulusal bir yöntem
geliĢtirilmelidir. Bu yöntem belirlenirken her akarsuyun kendi karakteristikleri ve çevresindeki
ekosistemlerin özellikleri göz önünde bulundurulmalı ve bilimsel çalıĢmalara dayandırılmalıdır.
Cansuyunun bırakılmasını ve zamanlamasını hangi kurumun kontrol edeceği ve yaptırım
mekanizmaları netleĢtirilmelidir.
Toplumsal refahın ve sürdürülebilir kalkınmanın en önemli unsurlarından biri olarak kabul
edilen elektrik, istendiği anda, talep edilen miktarda, kaliteli ve ekonomik olarak sağlanmalıdır.
Ülkemizin elektrik enerjisi politikası, öncelikli olarak, ulusal kaynaklarımızın sürdürülebilir bir
plan çerçevesinde, daha verimli, çevreyle barıĢık ve arz güvenliğini sağlayacak biçimde
değerlendirilmesi ilke edinilmelidir.
KAYNAKLAR
1. Avcı, Ġ., (2008). Hedefler, Beklentiler ve Uygulamadaki Gerçekler. Türkiye‘de Stratejik Bir
Kaynak Olan Su ve Hidroelektrik Potansiyelin Değerlendirilmesi ve Yönetilmesinde Yeni
Küresel YaklaĢımlar. Mühendislikte, Mimarlıkta ve Planlamada Ölçü.
2. DSĠ, (2010). http://www.dsi.gov.tr/english/service/enerjie.htm, 2007.
3. EÜAġ, (2008). Özel Sektörün Hidrolik Santral Yapma AĢamaları. Elektrik Üretim Anonim
ġirketi. http://www.euas.gov.tr/
4. ERE, (2005). Engineering Construction Trade Co., Türkiye‘de Elektrik (Su‘dan Elektrik).
http://www.ere.com.tr/yayinlar.html
5. ESHA, (2010), Hydropower and environment, Technical and operational procedures to better
integrate small hydropower plants in the environment. http://www.esha.be
706
6. Koç, C., Kosif, K., Kızıltepe, S., Özdemir, K., (2010). ―Büyük Menderes ve Batı Akdeniz
Havzalarında ĠĢletmede olan TaĢkın Tesislerine Yapılan Müdahaleler Üzerine Bir ÇalıĢma‖. II.
Ulusal TaĢkın Sempozyumu 22–24 Mart, Afyonkarahisar, 71–79
7. Koç, C., Özdemir, K., Fayrap, A., (2010a). ―Entegre Nehir Havza Yönetiminde Sulama
ĠĢletme Hizmetlerinin Yeri ve Önemi Üzerine Büyük Menderes Havzasında Yürütülen Bir
ÇalıĢma‖. I. Ulusal Sulama ve Tarımsal Yapılar Sempozyumu 27–29 Mayıs, Kahraman MaraĢ,
Bildiriler Kitabı, 187–200.
8. Laguna, M., Upadhyay, D., Taylor, S., (2006). Renewable Energy World, Small Hydro
Flowing to the East, January-February 2006.
9. Lins, C., Laguna, M., (2004). Development of Small Hydropower. UNESCO Renewable
Energy Magazine.
10. Oğuz, S., (2008). ―Yenilenebilir enerji küçük hidroelektrik santraller‖. VII. Ulusal Temiz
Enerji Sempozyumu, UTES‘2008 17–19 Aralık 2008, Ġstanbul, 479–481.
11. Paish, O., (2002). Small Hydro Power: Technology and Current Status. Paper published in
Renewable and Sustainable Energy Reviews.
707
TÜRKĠYE’NĠN DOĞU KARADENĠZ HAVZASINDA YER ALAN
KÜÇÜK ÖLÇEKLĠ HĠDROELEKTRĠK SANTRALLERĠN
EKONOMĠK VE EKOLOJĠK ETKĠLERĠ
Egemen ARAS
GümüĢhane Üniversitesi, ĠnĢaat Mühendisliği Bölümü, GÜMÜġHANE
[email protected]
ÖZET
Jeopolitik konumu dolayısıyla, büyük bir öneme sahip olan fakat bünyesinde barındırdığı doğal
kaynaklardan yeteri kadar faydalanamayan ve her geçen gün enerjide dıĢa bağımlılığın arttığı
Türkiye‘de küçük ölçekli hidroelektrik santrallerin yapılmasıyla enerji üretiminde büyük bir
artıĢın sağlanması planlanmaktadır.
Doğu Karadeniz havzası Türkiye‘nin kuzeydoğusunda yer alan, yüksek yüzeysel su potansiyeli
olan çok önemli bir havzadır. YağıĢ miktarının yüksek olduğu bölgede yıllardır kullanılamayan
su potansiyeli 2001 yılında çıkan yasayla beraber kullanılmaya baĢlanmıĢtır. Ġlgili yasa
kapsamında çok sayıda küçük ölçekli santral yapımına baĢlanmıĢtır.
Bu çalıĢmada Doğu Karadeniz havzasında yapımına baĢlanan, biten ve proje aĢamasında olan
küçük ölçekli santrallerin son durumları iller bazında incelenmiĢ, bölge ve ülke ekonomine
katkısı ile ekolojik etkileri analiz edilmiĢtir.
Anahtar Kelimeler: Hidroelektrik enerji, küçük ölçekli santraller, Doğu Karadeniz Havzası.
ECONOMIC AND ECOLOGICAL EFFECTS OF SMALL SCALE HYDROELECTRIC
POWER PLANTS LOCATED IN THE EASTERN BLACK SEA BASIN IN TURKEY
ABSTRACT
Although the geopolitical position of Turkey has a great importance, Turkey is not able to
benefit from its natural resources adequately and so the foreign dependency of energy is rising
explosively. For this reason, an attempt is being made to increase energy production by
constructing small scale hydroelectric power plants in Turkey.
The Eastern Black Sea Basin is an important basin located in the northeast part of Turkey, with a
high surface water potential. The unused water potential of this region, where there is a great
amount of precipitation, was brought into use with the enactment of a law 2001. Under this law,
the construction of numerous small scale plants was begun.
In this study, the status of small scale plants, of which construction has started or is already
completed as well as those in the project phase, were examined on a province by province basis
709
for 2011, and the economical contribution of these plants to regional and national economy and
the ecological effects were analyzed.
Keywords: Hydroelectric power, small scale plants, Eastern Black Sea Basin.
1.GĠRĠġ
Fosil yakıtların çevreye olan olumsuz etkileri nedeniyle, son yıllarda enerji üretimi için
yenilenebilir enerji kaynaklarına yönelme baĢlamıĢtır. GeliĢen teknolojiyle birlikte rüzgar, güneĢ
ve hidroelektrik gibi enerji kaynakları büyük önem kazanmıĢtır. Bu enerji kaynakları içerisinde
en verimli kullanılabilecek olan güç su gücüdür. Bu yüzden tüm dünyada enerji üretimi için
büyük barajlar, santraller ve bunun yanında da küçük ölçekli santraller yapılmaktadır.
Çevre koruma hassasiyeti olan kesimler, doğal ekolojik dengeyi bozduğu ve biyolojik çeĢitliliği
azalttığı için büyük barajların yapımına karĢı çıkmaktadır. Ancak barajlar ve Hidro elektrik
santraller (HES) alternatif enerji tesisleri arasında en fazla çevre dostu olan tesislerdir. Enerji
üretiminin hızla arttığı ve bu enerjinin mevcut teknolojik olanaklar çerçevesinde en fazla çevre
dostu olan tesislerde üretilmesi gerektiği dikkate alınırsa, HES‘lerin önemi daha açık ortaya
çıkmaktadır. HES‘lerin herhangi bir sera gazı emisyonu ve katı atık sorunu yoktur.
Dünya‘da üretilen toplam elektrik enerjisinin yaklaĢık % 20‘si hidroelektrik enerjiden
sağlanmaktadır. Bu enerjinin de büyük bir kısmı büyük barajlar ve HES‘lerde üretilmektedir.
Fakat küçük ölçekli santrallerde, hem barajlara oranla daha küçük bir yatırım olması hemde
akıĢın olduğu yerde anında suyu düĢürerek enerji üretmesi sebebiyle oldukça tercih edilen
sistemlerdir.
Hidroelektrik enerjide ana prensip baraj haznesinde biriken suyu düĢürerek potansiyel enerjiyi
elektrik enerjisine çevirmektir. Küçük ölçekli santrallerde ise su, akıĢın olduğu yerden cebri boru
ile direk olarak santrale aktarılır. Ayrıca baraj haznesine gerek olmaz ve bu sayede hazne için
yapılması gereken altyapı çalıĢmalarına ve tazminatlara gerek kalmaz. Küçük ölçekli HES‘ler
için uluslararası bir sınırlama bulunmamakla birlikte üst sınır 2.5MW ile 25MW arasında
değiĢmektedir. Dünya genelinde kabul edilen üst sınır 10 MW dır. Dünyada küçük hidroelektrik
santrallerin toplam hidroelektrik enerji üretimindeki payı % 5-10 arasında değiĢmektedir
[Akpınar vd., 2011; Dursun and Gokcol, 2011; Uzlu vd., 2011].
2.TÜRKĠYE’DE HĠDROELEKTRĠK POTANSĠYEL
Türkiye‘nin, deniz seviyesinden ortalama yüksekliği 1300 metre civarındadır. Ülkeye düĢen
yıllık ortalama yağıĢ 501 milyar m3 ve bunun akarsulara dönüĢen kısmının 186 milyar m3 olduğu
bilinmektedir.
Türkiye‘nin mevcut 26 havzasında (ġekil 1) yapılan çalıĢmalar ve stokastik hesaplamalar
neticesinde Türkiye' nin teorik Elektrik Enerjisi Üretim Potansiyeli brüt 433 milyar kWh/yıl,
teknik potansiyel 250 milyar kWh/yıl, ekonomik elektrik enerji üretim potansiyeli 126 milyar
kWh/yıl olarak belirlenmektedir. Bu rakamlarla, Türkiye, Dünya hidroelektrik potansiyeli içinde
%1 payı ile sekizinci sırada gelmektedir. Teknik yapılabilir potansiyel olan 250 milyar kWh/yıl
ile Avrupa potansiyelinin yaklaĢık %20 si mertebesinde hidroelektrik potansiyele sahip
bulunmaktadır. Bir baĢka açıdan baktığımızda Türkiye Avrupa hidrolik potansiyelinde Rusya ve
Norveç' ten sonra üçüncü sırada gelmektedir (Tablo 1,2).
Ayrıca Türkiye genelinde henüz etüdü yapılmamıĢ 1-30 MW arası küçük tesislerden minimum
10-15 milyar kWh/yıl, kanal ve barajlara konulacak türbinler yoluyla da 3-5 milyar kWh/yıl
710
elektrik üretilebileceği düĢünülmektedir. Bütün bu kriterler göz önüne alındığında, ülkemizin
ekonomik hidroelektrik üretim potansiyelinin 190 milyar kWh/yıl civarında olacağı ve kurulu
güç değerinin 48-50 bin MW olacağı söylenebilir [Kucukali, 2010]. DSĠ tarafından 2030 yılı için
belirlenen hedefler tablo 3‘de verilmiĢtir.
ġekil 1. Türkiye‘deki su havzaları
Tablo 1. Türkiye Hidroelektrik Potansiyelinin Avrupa‘daki Yeri
ÜLKE
Norveç
Fransa
İspanya
İsveç
İtalya
İsviçre
Avusturya
Romanya
Ukrayna
Almanya
Portekiz
Yunanistan
Yugoslavya
Bosna - Hersek
Finlandiya
TÜRKİYE
Mevcut Hidroelektrik
Kurulu Güç
(MW)
27,569
25,200
20,076
16,200
15,267
13,240
11,700
5,860
4,732
4,525
4,394
3,080
2,910
2,380
2,340
12,494
Elektrik Üretiminin
Hidroelektrik’ ten
Karşılanma Oranı
(%)
99.4
15.0
20.0
55.0
18.4
57.9
70.4
34.8
6.7
2.6
27.0
9.6
35.0
46.0
21.5
25,21
2008 yılı itibariyle, enerji üretimimizin %17‘si yenilenebilir kaynak olarak nitelendirilen hidrolik
kaynaklardan, %81‘i ise fosil yakıtları olarak adlandırılan termik (doğal gaz, linyit, kömür, petrol
gibi) kaynaklardan üretilmektedir. Son zamanlarda rüzgar ve jeotermal Ģeklinde alternatif
kaynaklara önem verilmektedir. 2008 yılı itibariyle rüzgar ve jeotermal kaynaklardan enerji
üretimimi, toplam enerji üretimimizin içinde %2‘ye ulaĢmıĢtır. Nükleer enerji kullanımı için de
çalıĢmalar yapılmaktadır (ġekil 2). Türkiye‘deki elektrik talebi çok hızlı bir miktarda
artmaktadır. Son üç yıldaki rakamlar bu artıĢın %7.8 civarında olduğunu söylemektedir. Resmi
711
elektrik talep projeksiyonlarına göre, Türkiye‘de 2018 yılında, elektrik talebi neredeyse iki
katına çıkarak 350 TWh olacaktır (ġekil 3).
Türkiye‘de doğal gaz ve petrol rezervleri yok denecek kadar azdır. Bu sebeple Türkiye enerji
ihtiyacını karĢılamak için, doğal gaz, petrol, hatta kömür ihraç etmek zorundadır. Son yıllarda
hem evlerde hem de sanayide doğal gaz kullanımı hızlı bir tırmanıĢa geçmiĢtir. Endüstrinin artan
enerji ihtiyacı için doğalgaz ile çalıĢan güç santralleri kurulmuĢtur. Bundan dolayı, toplam enerji
üretiminde hidroelektriğin payı azalırken, termik santrallerden üretilen enerjinin payı
yükselmiĢtir [Kaygusuz, 1999].
Türkiye‘de hidroelektrik enerji santralleri 26 akarsu havzasında dağılmıĢtır. Havzaların enerji
üretimine en büyük payları sırasıyla: %17 Fırat, %11,5 Dicle, %8 Doğu Karadeniz, %6 Doğu
Akdeniz, %5,9 Antalya‘dır.
Tablo 2. Dünya ve Türkiye‘ deki Hidroelektrik Potansiyel [Balat, 2007]
Dünya
Avrupa
Türkiye
Brüt HES
Potansiyeli
(GWh/yıl)
40,150,000
3,150,000
433,000
Teknik HES
Potansiyeli
(GWh/yıl)
14,060,000
1,225,000
216,000
Ekonomik HES
Potansiyeli
(GWh/yıl)
8,905,000
800,000
127,381
Tablo 3. Türkiye‘de hidroelektrik, sulama ve su kaynağı geliĢimi [Yuksel, 2010]
ĠĢletmede (2005)
Sulama
4.9 milyon ha
Hidroelektrik Enerji 45.3 milyar kWh
Su Kaynağı
10.5 milyar m3
Hedef (2030)
8.5 milyon ha
127.3 milyar kWh
38.5 milyar m3
GeliĢim Oranı (%)
58
36
27
3.DOĞU KARADENĠZ HAVZASINDA HĠDROLEKTRĠK POTANSĠYEL
Doğu Karadeniz Havzası, Çoruh ve YeĢilırmak havzalarıyla Karadeniz arasında uzanmakta olup,
Trabzon, Rize illerinin tamamını, Giresun (ġebinkarahisar, Çamoluk, Alucra hariç), GümüĢhane
(Torul ve Kürtün ilçeleri) ve Bayburt illerini içine almaktadır (ġekil 4).
Bölge genelinde yağıĢ ortalaması yaklaĢık 1000 mm dolayındadır. Bölge içinde m2‘ye düĢen
yağıĢ ortalamaları; DMĠ Genel Müdürlüğü verilerine göre (1971-2000) Ordu; 1029 mm, Giresun
1231 mm, Trabzon 808 mm, Rize ili 2221 mm, Artvin–Hopa 2203 mm olup, en yüksek yağıĢlar
Rize‘de 2400 mm en düĢük yağıĢlar Trabzon çevresinde 700 mm civarındadır. Bölgenin toplam
yağıĢ alanı 24 077 km2, ortalama akıĢ ise 14,90 milyar m3‘tür. Bölgenin yağıĢ alanı Ülkemizin
yaklaĢık %3,1‘ine, akıĢ miktarı açısından ise yaklaĢık %7‘sine tekabül etmektedir [Forum,
2009].
Bölgede bulunan derelerin ortalama uzunlukları 60-80 km arasında değiĢmektedir. Bunlardan
baĢlıcaları, Melet, Bolaman, Pazarsuyu, Aksu, Yağlıdere, Görele deresi, Gelevera deresi, HarĢit
çayı, Değirmendere, Karadere, Solaklı çayı, Baltacı deresi, Ġyidere, Büyükçay, Fırtına deresi,
Çağlayan deresi ve Kapistre deresi gibi derelerdir.
Doğu Karadeniz Bölgesi diğer bölgelerle karĢılaĢtırıldığında aylara göre çok düzenli bir akım
rejimine sahip olması, topoğrafik açıdan derelerin 60-80 km gibi bir mesafede olması ve 15002000 m düĢüye sahip olması sebebiyle nehir tipi olarak tabir edilen küçük ve orta ölçekli
HES‘lerin yapımına çok elveriĢli görünmektedir. ÇalıĢma alanımız, DSĠ‘nin 22. Bölge olarak
adlandırdığı havzayı kapsamaktadır. Bu havzada; Trabzon, Giresun, GümüĢhane, Bayburt, Rize
illeri yer almaktadır. Bu 5 Ģehirde fizibilitesi gelen toplam HES sayısı 316‘dır. Ayrıca 18 tane de
ön rapor aĢamasında HES vardır. Tablo 4‘de bu illerde yer alan santrallerin son durumları ve
sayıları ile bilgiler yer almaktadır.
712
Thermic and Hydroelectric
100
100
80
60
40
20
35
54
Hydroelectric
Natural gas
Fuel
15
Coal
0
ġekil 2. Türkiye‘de enerji üretiminin kaynaklara göre dağılımı (2008 yılında 205 Milyar kWh)
ġekil 3. Türkiye'de elektrik talebinin geliĢimi [Erdogdu, 2011]
Enerji Piyasası Kurulu‘nun 4628 numaralı kanununca Doğu Karadeniz Havzasında yapılmaya
baĢlanan ve baĢlanacak toplam 316 santralin 91 tanesi Giresun‘da, 31 tanesi GümüĢhane‘de, 66
tanesi Rize‘de, 122 tanesi Trabzon‘da ve 6 tanesi de Bayburt ilindedir. Bu iller içinde sayı olarak
en fazla santral Trabzon, en az santral ise Bayburt ilinde görülmektedir. Kurulu güç ve enerji
olarak bakıldığında, sayı olarak Trabzon‘dan az olmasına rağmen, Giresun‘da en yüksek sayılar
görülmektedir. Ġllere göre güç ve enerji dağılımı Ģekil 5‘te görülmektedir.
Tablo 4. Doğu Karadeniz havzasındaki santrallerin son durumu [Kavak ve Oztürk, 2011]
Durum
Fizibilite AĢamasindaki Hes
Su Kullanim Hakki AnlaĢmasi
AĢamasindaki Hes
ĠnĢaati BaĢlayabilir Durumdaki Hes
ĠnĢaati Fiilen BaĢlamiĢ Hes
ĠĢletmedeki Hes
Toplam
Adet
Kurulu Güç
MW
Toplam Enerji
GWh
Firm Enerji
GWh
159
1.316,69
4.344,50
1.017,13
23
300,57
1.007,56
389,56
74
44
16
316
1.207,30
1.043,43
445,40
4.313,39
4.308,58
3.401,86
1.613,25
14.675,76
1.347,51
1.010,24
565,06
4.329,51
713
ġekil 4. Doğu karadeniz havzası yerleĢimi
Bayburt ilinde yer alan 7 adet santralin 4 tanesi fizibilite aĢamasında, 1 tanesi inĢaatı baĢlayabilir
durumda ve 1 tanesi inĢaatı baĢlamıĢ, 1 tanesi de ön rapor aĢamasındadır. Giresun ilinde yer alan
93 adet santralin 45 tanesi fizibilite aĢamasında, 3 tanesi su kullanım hakkı aĢamasında, 20 tanesi
inĢaatı baĢlayabilir durumda, 19 tanesi inĢaatı fiilen baĢlamıĢ durumda, 4 tanesi iĢletmeye geçmiĢ
durumda ve 2 tanesi de ön rapor aĢamasındadır. GümüĢhane ilinde yer alan 36 adet santralin 19
tanesi fizibilite aĢamasında, 2 tanesi su kullanım hakkı aĢamasında, 8 tanesi inĢaata baĢlayabilir
durumda, 1 tanesi inĢaatı fiilen baĢlamıĢ, 1 tanesi iĢletmeye geçmiĢ durumda ve 5 tanesi de ön
rapor aĢamasındadır. Rize ilinde yer alan 71 adet santralin 28 tanesi fizibilite aĢamasında, 9
tanesi su kullanım hakkı aĢamasında, 19 tanesi inĢaata baĢlayabilir durumda, 7 tanesi inĢaatı
fiilen baĢlamıĢ, 2 tanesi iĢletmeye geçmiĢ durumda ve 5 tanesi de ön rapor aĢamasındadır.
Trabzon ilinde yer alan 122 adet santralin 61 tanesi fizibilite aĢamasında, 9 tanesi su kullanım
hakkı aĢamasında, 28 tanesi inĢaata baĢlayabilir durumda, 16 tanesi inĢaatı fiilen baĢlamıĢ, 8
tanesi iĢletmeye geçmiĢ durumda ve 5 tanesi de ön rapor aĢamasındadır. Santrallerin il
haritalarında dağılımı Ģekil 6‘de verilmiĢtir.
ġekil 5. Doğu Karadeniz Havzasındaki Güç ve Enerji Dağılımı [Kavak ve Oztürk, 2011]
714
BAYBURT
GĠRESUN
GÜMÜġHANE
RĠZE
TRABZON
ġekil 6. Doğu Karadeniz Havzasında yer alan HES‘lerin harita üzerinde dağılımları
715
3.1.Doğu Karadeniz Havzası’ndaki Hidroelektrik Potansiyelin Türkiye Ekonomisine
Katkısı
Küçük ölçekli hidroelektrik santraller, diğer yenilenebilir enerji kaynakları ile karĢılaĢtırıldığında
en ucuz seçenek olarak öne çıkmaktadır. Dünya üzerindeki ortalamalara bakıldığında
Türkiye‘deki ortalama sermaye maliyeti oldukça düĢüktür. Aynı Ģekilde yatırım ve iĢletme
maliyetleri de dünya ortalamasının altındadır (Tablo 5). Bunun sebebi düĢük maliyet ve iĢçilik
giderleridir. Bu düĢük maliyet, yerli ve yabancı giriĢimciler için oldukça cezp edicidir.
Avrupa‘da yatırım maliyetleri 1000-6000 Euro/kW arasında, iĢletme giderleri 1.8-14.5 cent
kW/h arasında değiĢirken, Türkiye‘de yatırım maliyeti 300-1000 Euro/kW ve iĢletme maliyeti de
1 cent kW/h civarındadır [Kucukali ve BarıĢ, 2009].
Tablo 5. Dünyada ve Türkiye‘de bazı yenilenebilir enerji çeĢitleri için ortalama sermaye
maliyetlerinin karĢılaĢtırılması
Enerji Tipi
Küçük ölçekli HES
Rüzgar
Geotermal
GüneĢ
Dünya Ortalaması
(Euro/kW)
1000
920
1230
5400
Türkiye
(Euro/kW)
650
900
1440
NA
Giresun, Trabzon, Rize, Artvin, Ordu, Bayburt ve GümüĢhane illerinde 3 bin megavat (MW)
üzerinde hidroelektrik potansiyeli bulunuyor. Bu potansiyelin değerlendirilmesi amacıyla,
Türkiye Elektromekanik Sanayi A.ġ. (TEMSAN) tarafından hazırlanan, ''Doğu Karadeniz Küçük
Hidroelektrik Santralleri Kalkınma Projesi'' (DOKHES) kapsamında, söz konusu illere yaklaĢık
2 bin adet mikro hidro elektrik santrali kurulacak. Kurulum maliyeti yaklaĢık 120 milyon dolar
olarak tahmin edilen 2 bin mikro HES'in her yıl toplam 200 milyon dolar getiri sağlaması
öngörülüyor.
2008 yılında Türkiye‘nin Gayri Safi Milli Hasılasız 950 milyar TL seviyesinde gerçekleĢmiĢ ve
Gayri Safi Milli Hasıla içerisinde enerjinin payı 110 milyar TL seviyesindedir. Diğer bir
ifadeyle, Gayri Safi Milli Hasıla'nın yaklaĢık yüzde 12'si enerjiye gidiyor. Yıllık bazda inceleme
yapıldığında, Gayri Safi Milli Hasıla içerisindeki enerjinin payının sürekli arttığı gözleniyor.
Türkiye‘nin enerji portföyü incelendiğinde ise dıĢa bağımlı, ithalata yönelik bir enerji
yönetimiyle karĢılaĢıyoruz. Enerji üretiminin tüketimini karĢılama oranı yüzde 25‘in altına
düĢmüĢ durumda. Bir baĢka bakıĢ açısıyla, enerji tüketiminin yüzde 75‘ini ithalatla karĢılanıyor
ve bu oranda her geçen gün artıyor. Hedeflenen büyüme değerlerine ulaĢılabilirse, 2020 yılında
enerji ithalatı yüzde 80‘nin üzerine çıkabilir.
Türkiye‘de 2008 yılı itibariyle, yıllık kiĢi baĢına düĢen elektrik enerjisi tüketimi incelendiğinde,
ekonomik büyümenin en temel göstergesi olan elektrik tüketiminde de çok gerilerde olduğu
görülüyor. ABD‘de yıllık kiĢi baĢına düĢen elektrik enerjisi tüketimi 12300 kWh, geliĢmiĢ
ülkelerin ortalaması ise yaklaĢık 9000 kWh olmasına rağmen, Türkiye‘de bu değer 2800 kWh
olarak gerçekleĢmiĢtir. Türkiye‘de, enerji üretiminde kullanılan kaynakların dağılımı
incelendiğinde, yüzde 90 oranında petrol, doğal gaz ve kömür gibi fosil kaynaklara bağımlı
olduğumuz görülüyor. Kullanılan petrolün yüzde 92'sini, doğal gazın ise yüzde 99'unu ithal
ediliyor. Enerji üretiminde, fosil kaynakların kullanım oranlarının yüksek olması, enerjide dıĢa
bağımlılığımızı arttırmasının yanında, çevreye geri dönüĢünü olmayan zararların verilmesini de
beraberinde getirmektedir. GloballeĢen dünyada, ülkelerin küresel ısınma ve sera etkisini
azaltabilmek için fosil enerji kaynaklarının kullanımının düĢürülmesi için çalıĢtığı bir dönemde,
716
bizim enerji üretimimizin fosil kaynaklara çok yüksek oranlarda bağlı olması, enerji
politikalarımızın yanlıĢlığını da ortaya koymaktadır [Adıgüzel, 2002].
Hidroelektrik santrallerin üretiminin yüzde 80‘lik bölümü yerli kaynaklar kullanılarak
yapılabilmektedir. Bu açıdan değerlendirme yapıldığında, hidroelektrik santrallerin kuruluĢu,
diğer santrallere göre daha az dıĢa bağımlıdır. Hidroelektrik santrallerin verimleri yüzde 90‘a
kadar çıkarken, termik santrallerde bu oran yüzde 30-35‘ler de kalıyor. Hidroelektrik
santrallerin yakıt maliyeti olmadığı için en ucuz elektrik üreten santrallerdir. Bu sayede, fosil
yakıtların fiyat istikrarının sağlanmasında, sigorta olarak, enerji portföyünün sigortası olarak
kullanılırlar. Doğalgazla çalıĢan termik santrallerde elektrik üretim maliyeti ortalama 4
cent/kWh, kömürle çalıĢan termik santrallerde 5 cent/kWh iken, hidroelektrik santrallerde 0,20
cent/kWh'dır [Iskender, 2011].
3.2.Ekolojik Etkiler
Hidroelektrik santraller çevre dostudur. Herhangi bir sera gazı emisyonu yoktur. Kullandığı bir
yakıt olmadığı için baĢka bir kirliliğe de neden olmazlar. Üretilen her KW elektrik için kombine
çevrim santralleri 0.215 m3 doğalgaz, ithal kömür santralleri 0,45 kg kömür linyit santralleride
linyitin ısı değerine bağlı olarak 1,0 ila 2,5 kg arasında linyit tüketir. Kömür kullanan termik
santrallerin ürettiği beher KW baĢına atmosfere toplam 1,35 kg civarında sera gazı (CO2 ve
diğerleri) yaydığı bilinmektedir. Hidroelektrik santrallerin halihazırda ürettiği yıllık 40 milyar
KW elektriği üretmek için linyit santrallerinde her yıl 40 ila 100 milyon ton kömür tüketmemiz
gerekirdi. Bunun sebep olacağı yıllık yaklaĢık 54 milyon ton sera gazları emisyonu, kirlilik ve
kül artıklarının çevreye ne büyük ölçüde zarar verdiği açıktır .
Bir bölgeye hidroelektrik santral inĢa edilmesi o bölgenin ekolojik dengesinin bozulmasına
neden olabilir. Bölgenin ikliminin değiĢmesi, floranın kaybolması ve hayvanların yaĢamlarının
tehdit edilmesi baĢlıca sorundur. ĠnĢaat sırasında çıkan katı ve sıvı atıklarda çevre kirlenmesi
açısından değerlendirilebilecek bir sorundur.
Hidroelektrik santrallerin türbinleri sudaki oksijen seviyesini düĢürmektedir. DüĢen oksijen
seviyesi ile birlikte mansap tarafındaki sucul yaĢamın varlığı tehlikeye girmektedir. Bu yüzden
santrallerin planlaması yapılırken bu durum göz önüne alınmalı ve peĢ peĢe yapılan santraller de
mesafe iyi seçilmelidir [Berkun vd., 2008].
Hidroelektrik santraldeki su alma yapısı ya da çelik su borusunun geçtiği yerlerde kayma
olmaması için yapılan duvar gibi betonarme yapılar ile yol inĢası için gerekli kum ve çakıl
akarsu yatağından ve orman alanlarında açılan taĢ ocaklarından elde edilmektedir. Akarsu
yatağından kum ve çakıl çıkarılması sonucu suyun bulanıklığı artar, çözünmüĢ oksijen miktarı
azalır ve organik atıkların parçalanmasını sağlayan mikroorganizmaların aktiviteleri yavaĢlar.
Kum ve çakıl elde etmek için orman alanında taĢ ocakları açılması ya da hidroelektrik santral
çevresindeki ağaçların kesilerek yol açılması nedeniyle orman alanları tahribatı yapılmaktadır.
Ayrıca taĢ ocaklarında patlayıcı kullanılması, yeryüzü katmanının ve suyun akıĢını geciktiren yer
altı kayaçlarının tahribatına neden olmakta, patlamalar bölgede yaĢayan canlıları yerinden
etmektedir.
AkıĢına müdahale edilen akarsular kıyılardaki deltalarına tortu taĢıyamamakta, buna bağlı olarak
tortularla taĢınan besin maddeleri de deltalardaki ve denizlerdeki canlılara ulaĢamamaktadır.
Ayrıca deniz kıyısı kara yönünde ilerleyerek deltaların erimesine neden olmaktadır. Besin
maddelerine ulaĢamayan canlılar yaĢamlarını sürdürememekte, suyun aĢındırıcı etkisi tarım
faaliyetleri baĢta olmak üzere deltadaki tüm geçim kaynaklarını tehdit etmektedir [Girgin, 2010].
717
Hidroelektrik santral suyu havzanın irtifası yüksek noktalarında tutarak, havzanın aĢağı
kesimlerine olan su akıĢını azaltmaktadır. Bu durumda, havzanın orta kesimindeki yeraltı suları
aĢırı derecede azalmakta ve bazı durumlarda sulak alanlar tümüyle kurumaktadır. Türkiye‘de son
40 yıl içerisinde toplam sulak alanların yaklaĢık yarısı olan 1,3 milyon hektar sulak alan ekolojik
özelliğini yitirmiĢtir.
AkıĢına müdahale edilen akarsuya atıksu giriĢi olduğunda; akarsu, atıksu içindeki organik
maddelerin biyolojik olarak parçalanamaması nedeniyle atıksu akarı haline gelir. Atıksu akarı
ise, yer altı suyuna atıksu karıĢması, atıksu içindeki ağır metaller gibi inorganik kirleticilerin dere
yatağındaki dip çamurunda birikmesi, bölgede yaĢayan canlılar için toksik etkide olabilecek
kirleticilerin kuruyan dere yatağından rüzgar ile taĢınması risklerini oluĢturmaktadır.
HES tesisleri ile beraber ekolojik yapı üzerinde ortaya çıkan bir diğer tahripkâr müdahale ise bu
tesislerde üretilen elektriğin ulusal dağıtım Ģebekesine ulaĢtırılması için kurulması gereken iletim
hatlarının inĢasıdır. Alanının yaklaĢık %56‘lık bölümü ormanlık olan bir bölgede iletim hatları
büyük oranda bu ormanlık alanlardan geçmek zorunda kalacaktır. Ġletim hatlarının geçtiği
güzergâhta 20 ile 60 m arasında değiĢebilen Ģeritler oluĢturulması için çoğunluğu ormanlık olan
alan temizlenecektir. Bu kadar çok sayıda santralin yapıldığı düĢünülürse tahribatın boyutları
anlaĢılabilir [Özalp vd, 2010; SatılmıĢ, 2009].
Doğu Karadeniz Bölgesinin yüksek kesimlerinde yayla turizmi oldukça geliĢmiĢ durumdadır.
Bölge halkının bu sektörden oldukça büyük kazançları vardır. Bölgedeki yayla turizmine yatırım
yapmıĢ olan özel sektör yatırımcıları, kiĢisel menfaatleri ve kazançları için bölge halkını yanlıĢ
yönlendirmekte, bölgenin bir turizm bölgesi olacağını oysa HESlerin varlığının buna engel teĢkil
ettiğini bildirmektedirler. Belirtildiği gibi, planlaması düzgün yapılmıĢ, uluslararası standartlara
uygun düzeyde can suyu bırakan ve geliĢmiĢ inĢaat teknolojileri kullanan sistemlerde HESlerin
çevreye zarar vereceğinin iddia edilmesi dahi son derece mesnetsiz olup, Avrupa ve Amerika‘nın
pek çok bölgesinde bu açıklamalarımızı destekler nitelikle pek çok hidroelektrik santralı
bulunmaktadır [Tandoğan, 2010].
HES inĢaatları, var olan sistemi bozduğu için yerel üretimi sağlayacak her türlü tarım ve
hayvancılık yapılabilir ya da potansiyel olmaktan çıkmaktadır. Öte yandan derelerin mevcut
hidrolojik düzeni ortadan kalktığı için dere kenarı (aluvial-riperian) bitki örtüsü tahrip olmakta,
zaten su azlığı nedeniyle yok olmak üzere olan sucul sistem ve estetik bütünlük daha da olumsuz
etkilenmektedir. Oysa 2007 tarihli Türk Turizm Stratejisi, Doğu Karadeniz için ekoturizm
alanları ve yayla koridorları olarak çok yapıcı hedefler ortaya koymaktadır [Kurdoğlu ve Özalp,
2010].
4.SONUÇLAR
Dünyada ekonomik olarak yapılabilir hidroelektrik üretim potansiyelinin yarısının bile
geliĢtirilmesi sera gazı emisyonlarının %13 oranında azalmasını sağlayacaktır. Hidroelektrik
santraller diğer üretim tipleri ile kıyaslandığında, en düĢük iĢletme maliyetine, en uzun iĢletme
ömrüne ve en yüksek verime haizdirler. Hidroelektrik enerji sadece, temiz ve yenilenebilir enerji
değil aynı zamanda elektrik talebindeki ani artıĢlara cevap vererek elektrik talebini düzenleme
rolü vardır [Acar ve Doğan, 2008].
ÇeĢitli enerji kaynakları içerisinde hidroelektrik enerji santralleri çevre dostu olmaları ve düĢük
potansiyel risk taĢımaları nedeniyle tercih edilebilirler. Bu tür santraller ani talep değiĢimlerine
cevap verebilmektedir. Bu nedenle Türkiye‘de pik santral olarak kullanılmaktadır. Hidroelektrik
Santralar, çevreyle uyumlu, temiz, yenilenebilir, pik talepleri karĢılayabilen, yüksek verimli (%
90‘ın üzerinde), yakıt gideri olmayan, enerji fiyatlarında sigorta rolü üstlenen, uzun ömürlü (200
718
yıl), yatırımı geri ödeme süresi kısa (5-10 yıl), iĢletme gideri çok düĢük (yaklaĢık 0,2 cent/kWh),
dıĢa bağımlı olmayan yerli bir kaynaktır.
Havza geliĢme planlarının farklı zamanlarda hazırlanmıĢ olmalarından dolayı projeler sonraki
tarihlerde ekonomik yönden tutarsız duruma gelebilmektedir. Bununla birlikte zaman içinde
enerji fayda ve maliyetlerinde meydana gelen değiĢikliklere göre ekonomik bulunabilecek
tesislerin, ilk etütlerde terkedilmiĢ olmalarına da rastlanılmaktadır. Bu nedenle havza geliĢme
planlarının belirli aralıklarla, özellikle enerji faydalarına esas teĢkil eden alternatif referans
santral grubundaki değiĢikliklerden sonra, tekrar gözden geçirilip değerlendirilmesi uygun
olacaktır. Bunlara karĢılık, su kaynaklarının geliĢtirilmesinde görev üstlenen EĠE ve DSĠ gibi
kuruluĢların yapmıĢ oldukları, yeni enerji kaynaklarının yaratılmasına yönelik ilk etüt
çalıĢmalarıyla bu potansiyele her yıl ilaveler olabilmektedir. Bütün bu olumlu ve olumsuz
etkilerin de dikkate alınmasıyla, Türkiye‘nin ekonomik hidroelektrik potansiyeli yıldan yıla ufak
farklılıklar göstermekle birlikte bugün için 129,9 milyar kWh civarında olduğu kabul edilebilir.
1 MW kurulu güç maliyeti 1500 $ kabulü ile 12788 MW kurulu gücündeki HES‘lerin toplam
yatırım maliyeti 19,3 milyar ABD Doları olarak hesaplanmaktadır. Yıllık 45,9 milyar KWh‘lik
enerjinin ortalama 8 cent/KWh satıĢ fiyatı üzerinden yıllık geliri 3,7 milyar ABD Doları olarak
gerçekleĢmektedir. Bu durumda HES projelerinin yaklaĢık olarak 5 yıl gibi oldukça kısa bir
zamanda yatırımının geri ödenmesi mümkün olmaktadır. HES‘lerin ortalama olarak ekonomik
ömürleri 200 yıl olduğu göz önünde bulundurulduğunda 5 yıl gibi kısa bir zamanda geri
ödemesini yapabilen HES projelerinin uzun yıllar yakıt gideri olmaksızın hizmet vermesi
mümkün olabilmektedir.
Bölge halkı yapılan projelerde çevresel boyutun yeterince dikkate alınmadığını düĢünmektedir.
Öngörülenden daha fazla ağaç kesildiğini, orman ve mera alanlarının dikkate alınmadığı
belirtilmektedir. Can suyuna gereken önem verilmediği ve gerekli denetimlerin yapılmadığı
Ģikayetleri bulunmaktadır. ÇED alırken bütüncül bir havza planlamasının yapılmamaktadır. En
büyük problem fizibiliteler incelenirken ve o akarsu havzası ilana çıkarken plan yapılmamasıdır.
Havzalar arası su aktarımının yapılması, inĢaat atıkları, su kirliliği, tarım arazilerinin yerleĢime
açılması proje tipinin seçilmesinde havza özelliklerinin dikkate alınmaması diğer Ģikayetleri
oluĢturmaktadır. Birbiri ardına ardıĢık birçok projeye izin verilmesi ve ÇED‘lerin gereği gibi
hazırlanmadığı gibi sorunlar bulunmaktadır.
Olumsuz yönlerine karĢın; fizibilite aĢamasında, baraj ve hes projelerinin yeri ve tipi
belirlenirken çevre üzerine en az etki edecek proje tipi belirlenerek, katı atıkların düzenli bir
Ģekilde toplanması ve depolanması yapılarak, projeden etkilenecek yerleĢimin yeniden
planlanarak, sosyo-ekonomik etkilerin azaltılarak, inĢaat çalıĢmalarında taĢıma, depolama,
patlatma sırasında toz oluĢumunu önleyici tedbirler alınarak, projeye onay verilmeden önce
projenin sosyo-ekonomik çevre dahil, çevre üzerinde olabilecek kaba etkilerinin de gözönünde
bulundurarak santrallerin zararları en aza indirilebilir. Ayrıca projenin gerçekleĢtirilmesi
planlanan havzanın ekolojik özelliği iyi araĢtırılmalı, endemik ve nesli koruma altında olan türler
belirlenmeli, mevcut su hakları dahil olmak üzere sucul hayatın devamı için gereken su
miktarının önceden belirlenmelidir. Çevresel etkiler bazında yapılacak değerlendirmeler ıĢığında,
gerekiyorsa projenin yapılmama durumu da göz önünde bulundurulmalıdır.
Dünyada yapılan barajların ve hidroelektrik santrallerin flora ve fauna üzerindeki,
sosyoekonomik yapı üzerindeki etkileri ve iklim üzerindeki etkileri ile tartıĢılmaktadır. Ancak
yenilenebilir ve ucuz olması bakımından hidroelektrik enerji önem taĢımaktadır ve Türkiye için
olmasa olmaz öncelikli bir enerji potansiyeli taĢımaktadır.
719
KAYNAKLAR
1. Acar, E., ve Dogan, A., ―Potansiyeli ve Çevresel Etkilerinin Değerlendirilmesi‖, VII. Ulusal
Temiz Enerji Sempozyumu, 17-19 Aralık 2008, Ġstanbul, 675-682, 2008.
2. Adıguzel, F., ―Türkiye‘de Enerji Sektöründe Hidroelektrik Enerjinin Önemi‖, TMH, Sayı:
420-421-422, 24-26, 2002.
3. Akpınar A., Komurcu M.I., and Kankal M., ―Development of hydropower energy in Turkey:
The case of Çoruh river basin‖, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 15, 1201-1209,
2011.
4. Balat, H., ―A renewable perspective for sustainable energy development in Turkey: The case
of small hydropower plants‖, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 11, 2152–2165,
2007.
5. Berkun, M., Aras, E., ve Koç, T., ―Barajların ve Hidroelektrik Santrallerin Nehir Ekolojisi
Üzerinde OluĢturduğu Etkiler‖, TMH Bülteni, 452, 41-48, 2008.
6. Dursun, B., and Gokcol, C., ―The role of hydroelectric power and contribution of small
hydropower plants for sustainable development in Turkey‖, Renewable Energy, 36, 1227-1235,
2011.
7. Erdogdu, E., ―An analysis of Turkish hydropower policy‖, Renewable and Sustainable Energy
Reviews, 15, 689–696, 2011.
8. Forum, ―Forum 2009 Sonuç Bildirgesi: Doğu Karadeniz Bölgesi Hidroelektrik Enerji
Potansiyeli ve Bunun Ülke Enerji Politikalarındaki Yeri‖, 13-15 Kasım 2009, Trabzon, 2009.
9. Girgin, E., ―Hidroelektrik Santrallerin Çevresel Etkileri, Mühendislikte Mimarlıkta ve
Planlamada Ölçü‖, 46-47. 2010.
10. Ġskender E., ―Enerjide Bağımsızlık Ġçin Hidroelektrik Santrallerin Önemi‖, www.tutev.org.tr,
2011.
11. Kavak, A., ve Özturk, C., ―Doğu Karadeniz Havzasında Yeralan Küçük Ölçekli
Hidroelektrik Santrallerin Dağılımı ve Çevresel Etkileri‖, DanıĢman: Egemen ARAS, Bitirme
Tezi, GümüĢhane Üniversitesi, 74s, 2011.
12. Kaygusuz, K., ―Hydropower Potential in Turkey, Energy Sources, Part A: Recovery,
Utilization, and Environmental Effects‖, 21: 7, 581-588, 1999.
13. Küçük, I., ―Türkiye‘de Hidroelektrik Potansiyeli Üzerine Bir Değerlendirme‖, TMMOB 1.
Enerjı Sempozyumu, 12-14 Kasım 1996 Ankara, 15-19, 1996.
14. Kücükali, S., ve BarıĢ, K., ―Assessment of small hydropower (SHP) development in Turkey:
Laws, regulations and EU policy perspective‖, Energy Policy 37, 3872–3879, 2009.
15. Kücükali, S., ―Municipal water supply dams as a source of small hydropower in Turkey‖,
Renewable Energy, 35, 2001–2007, 2010.
720
16. Kurdoğlu, O. ve Özalp, M., ―Nehir Tipi Hidroelektrik Santral Yatırımlarının Yasal Süreç,
Çevresel Etkiler, Doğa Koruma Ve Ekoturizmin Geleceği Kapsamında Değerlendirilmesi‖, III.
Ulusal Karadeniz Ormancılık Kongresi, 20-22 Mayıs 2010, Cilt: II, 688-707, 2010.
17. Özalp, M., Kurdoğlu, O., Yüksel, E. E., ve Yıldırımer, S., ―Artvin‘de Nehir Tipi
Hidroelektrik Santrallerin Neden Olduğu/Olacağı Ekolojik ve Sosyal Sorunlar‖, III. Ulusal
Karadeniz Ormancılık Kongresi, 20-22 Mayıs 2010, Cilt: II, 677-687, 2010.
18. SatılmıĢ, M., ―Baraj ve Hidroelektrik Santrallerin Çevresel Etki Değerlendirmesi‖, Forum
2009, Doğu Karadeniz Bölgesi Hidroelektrik Enerji Potansiyeli ve Bunun Ülke Enerji
Politikalarındaki Yeri, 13-15 Kasım 2009, Trabzon, 151-154, 2009.
19. Tandogan, B.P., ―Karadeniz Bölgesindeki Mevcut Ve ĠnĢaası Planlanan Hes Projelerinde
KarĢılaĢılan Sorunlar Ve Çözüm Önerileri‖, Uluslararsı Enerji ve Çevre Fuarı ve Konferansı, 1214 Mayıs, 2010.
20. Uzlu, E., Akpinar A., ve Komurcu, M.I., ―Restructuring of Turkey‘s electricity market and
the share of hydropower energy: The case of the Eastern Black Sea Basin‖, Renewable Energy,
36, 676-688, 2011.
21. Yuksel, I., ―As a renewable energy hydropower for sustainable development in Turkey‖,
Renewable and Sustainable Energy Reviews 14, 3213–3219, 2010.
721
TÜRKĠYENĠN ENERJĠ DURUMU VE HES PLANLAMASI
Hızır ÖNSOY
Karadeniz Teknik Üniversitesi, ĠnĢaat Mühendisliği Bölümü, TRABZON
[email protected]
Adem BAYRAM
[email protected]
ÖZET
Bu çalıĢmada, Türkiye‘de hidroelektrik enerjinin tarihsel geliĢimi, hidrolik potansiyel,
potansiyelin değerlendirilme durumu araĢtırılmıĢtır. Bu amaçla, Türkiye Cumhuriyeti‘nin
kuruluĢundan önce ve sonra Anadolu‘da hidroelektrik enerji ile ilgili kayda geçen geliĢmeler
incelenmiĢtir. Günümüzde, dünyanın toplam hidroelektrik enerji potansiyelinin % 1.07‘sine,
Avrupa‘nın toplam hidroelektrik enerji potansiyelinin ise % 13.75‘ine karĢılık gelen Türkiye‘nin
brüt hidroelektrik potansiyeli 433 TWh/yıl‘dır. Ancak, 2006 yılı ġubat sonu itibariyle
Türkiye‘nin bu potansiyelinin yalnızca 125 TWh/yıl‘lık kısmının ekonomik olarak kullanılabilir
durumda olduğu tahmin edilmektedir. Tahmin edilen bu ekonomik potansiyelin % 35‘i
iĢletmede, % 8‘i inĢa halinde ve geri kalan % 57‘si ise çeĢitli proje seviyelerinde bulunmaktadır.
ĠnĢa halinde ve çeĢitli proje safhalarında bulunan % 65‘lik hidrolik potansiyelin
değerlendirilmesi durumunda, petrol ve doğalgaz gibi termal enerji kaynakları bakımından
büyük ölçüde dıĢa bağımlı bir ülke konumunda olan Türkiye, artan elektrik talebini karĢılamada
önemli bir kaynak temin edecektir.
Anahtar Kelimeler: Hidroelektrik enerji, yenilenebilir enerji, potansiyel.
ENERGY SITUATION OF TURKEY AND HEPP PLANNING
ABSTRACT
In this study, historical development of hydroelectric energy, hydraulics potential and utilization
of this potential in Turkey are researched. For this aim, the developments related to the
hydroelectric energy in Anatolia before and after establishment of The Republic of Turkey are
investigated. Nowadays, gross hydroelectric potential of Turkey is 433 TWh/y, and correspond
to 1.07 % of total hydroelectric energy potential of the world and 13.75 % of the Europe.
However, it is estimated that 125 TWh/y of this potential is economically usable as of February
2006. 35 % of this estimated potential is in operation, 8 % of it is under construction and the
remained 57 % of it is on project basis. If 65 % of this potential is utilized, then Turkey being
foreign-dependent in terms of thermal energy resources such as petroleum and natural gas will
have an important source in order to meet ever-increasing electricity demand.
723
Keywords: Hydroelectric energy, renewable energy, potential.
1.GĠRĠġ
Dünyamızdaki ―Hidrolojik Çevrim‖ devam ettiği sürece tükenmeyecek, stratejik ve yenilenebilir
bir enerji kaynağı olan hidroelektrik enerji; çevreyle uyumlu, temiz, pik talepleri karĢılayabilen,
yüksek verimli (% 90‘ın üzerinde), yakıt gideri olmayan, enerji fiyatlarında sigorta rolü üstlenen,
uzun ömürlü (200 yıl), yatırımı geri ödeme süresi kısa (5-10 yıl), iĢletme gideri çok düĢük
(yaklaĢık 0.5 cent/kWh) dıĢa bağımlı olmayan yerli bir enerji kaynağıdır.
2.TÜRKĠYE’NĠN GENEL ENERJĠ DURUMU
2.1.Türkiye’de Tüketilen Yıllık Toplam Enerji Miktarı
Türkiye‘de tüketilen yıllık elektrik enerjisi (TEE) miktarı (2009) : 194.0 milyar KWh, kiĢi baĢına
yıllık tüketilen elektrik enerjisi miktarı (KEE): 2702 KWh/yıl‘dır (2009 yılı nüfusu: 71,897,000).
Türkiye‘de üretilen hidroelektrik enerji üretimi (2009) : 36 milyar KWh/yıl‘dır (HES toplam
kapasite 14,553 MW).
Görüleceği üzere, 2009 yılı itibariyle;
Yılda tüketilen elektrik enerjisi (TEE)
HES‘lerden
: 194.0 milyar KWh/yıl
: 36 milyar KWh/yıl (% 19)
2.2.Türkiye’de Enerji Kaynakları
Türkiye‘nin enerji kaynakları;
a)
b)
c)
d)
e)
f)
g)
h)
TaĢ kömürü ve linyit, fuel-oil,
Jeotermal enerji,
Hidroelektrik enerji,
Rüzgar enerjisi,
GüneĢ enerjisi,
Nükleer enerji,
Dalga enerjisi,
Katı atık enerjisi.
2.3.Türkiye’de Yıllık Enerji Tüketim ArtıĢı. Buna Bağlı Olarak Önümüzdeki Yıllarda
Talep Ne Doğrultuda GeliĢecek ve Nasıl KarĢılanacaktır?
Görüleceği gibi, 2009 yılı itibariyle tüketilen 194.0 milyar KWh/yıl elektrik enerjisinin % 19‘u
(36 milyar KWh/yıl), hidroelektrik santrallerden (HES) karĢılanmaktadır.
724
Tablo 1. Türkiye‘de Elektrik Enerjisi Tüketimi
Yıl
N
(MW)
KEE
(KWh/kiĢi/yıl)
TEE
(109 KWh/yıl)
1980
5.120
554
24,617
1985
9.122
723
36,361
1990
16.318
1,031
56,812
1995
20.954
1,432
85,552
2000
27.264
1,996
128,276
2005
38.844
2,345
160,794
2009
44.762
2,700
194,079
Tablo 2. Türkiye‘de Yıllara Göre Elektrik Enerjisi Tüketim DeğiĢimi
KaydedilmiĢ
Oranlar
(TEĠAġ, 2005)
Tahmini
Oranlar
(TEĠAġ, 2007)
Periyot
N
KEE
(KWh/kiĢi/yıl)
TEE
(109 KWh/yıl)
1975 - 1980
2.09
7.1
9.0
1980 - 1985
2.52
5.5
8.1
1985 - 1990
2.19
7.0
9.3
1990 - 1995
1.42
7.0
8.5
1995 - 2000
2.27
6.0
8.4
1975 - 2005
(Ortalama)
1.95
6.0
8.1
2005 - 2010
1.40
5.5
7.0
2010 - 2015
1.20
6.4
7.7
2015 - 2020
1.00
6.4
7.5
2005 - 2020
(Ortalama)
1.20
6.1
7.4
Tablo 3. Türkiye‘de Tahmin Edilen TEE (Milyar KWh) ArtıĢ Oranları
Yıl
2005
2010
2015
2020
TEE
163
233
334
476
ArtıĢ Oranı (%)
7.2
7.2
7.1
2005 - 2020
7.2
2.4.Türkiye’de, Enerji Ġhtiyacı Ġle Ġlgili Olarak, DıĢa Bağımlılık Durumu (doğalgaz, fueloil). Önümüzdeki Yıllarda Bu Bağımlılık, Ülkemiz Ġçin Tehlikeli Bir Durum Arz Eder mi?
ġu anda Türkiye‘deki toplam elektrik miktarının yaklaĢık % 55‘i, ithal edilen doğal gazdan,
doğalgaz çevrim santrallerinde üretilmektedir. Elbet de, geliĢen sanayiye paralel olarak, artacak
elektrik enerjisi talebi, 2020 yılında 476 milyar KWh/yıl‘a ulaĢacağı dikkate alınırsa, Ģu andaki
üretim hızıyla, bu talebi karĢılamamız olanaksızdır. Yeni kaynaklar geliĢtirmezsek, dıĢa
bağımlılık daha da artacaktır. Bu da, ülkemiz için tehlikeli bir durumdur.
725
2.5.Türkiye’de, KiĢi BaĢına DüĢen Enerji Miktarı. GeliĢmiĢ Ülkeler Ġle KarĢılaĢtırıldığında,
Türkiye’nin Durumu Nedir?
Türkiye‘de kiĢi baĢına düĢen elektrik enerjisi miktarı (2000) : 1996 KWh/yıl
Türkiye‘de kiĢi baĢına düĢen elektrik enerjisi miktarı (2009) : 2700 KWh/yıl
Tablo 4. Türkiye‘de ve Diğer Ülkelerde KiĢi BaĢına Tüketilen Elektrik Enerjisi (2000)
KEE
(KWh/kiĢi/yıl)
Ülke
KEE
(KWh/kiĢi/yıl)
Norveç
29,290
Mısır
1,129
USA
13,241
Cezayir
866
Fransa
8,351
Hindistan
561
Almanya
7,207
Nijerya
154
G. Afrika Cumhuriyeti
4,313
Uganda
66
TÜRKĠYE
1,996
A.B. (Ortalaması)
6,703
Çin
1,139
GeliĢmekte Olan Ülkeler
(Ortalaması)
1,035
Ülke
2.6.Türkiye’nin Kendi Doğal Kaynaklarından Elde Edilebilecek Potansiyeli Nedir? Bu
Potansiyeli Kullanabilmek Ġçin Ne Yapmalıdır?
Türkiye‘nin gerçek hidroelektrik enerji potansiyeli;
a) Resmi kaynaklara göre: 125 milyar KWh/yıl,
b) ĠĢletmedeki HES‘lerle birlikte, DSĠ ve EĠE‘nin özel sektöre açtığı projeler ile bizzat tüzel
kiĢilerin geliĢtirdiği HES‘lerle birlikte, üretim 154,5 milyar KWh/yıl‘a çıkacaktır. (Bilimsel
araĢtırmalara göre: 200 milyar KWh/yıl çıkarılabilir).
Yukarıdan da görüleceği gibi, üretilebilecek hidroelektrik enerji miktarının, tüketimi karĢılama
oranı,
a) Gelecek periyotlarda, yılda üretilebilecek 125 milyar KWh/yıl hidroelektrik enerji miktarı,
2020 yılında tahmin edilen tüketilecek olan 476 milyar KWh/yıl miktarın sadece % 26.3‘ünü
karĢılayabilecektir. Dolayısıyla, geri kalan % 73.7‘sini diğer kaynaklardan karĢılamağa
mecburuz.
b) Gelecek periyotlarda, yılda üretilebilecek 154.5 milyar KWh/yıl hidroelektrik enerji miktarı,
2020 yılında tahmin edilen tüketilecek olan 476 milyar KWh/yıl miktarın sadece % 32.5‘ini
karĢılayabilecektir. Geri kalan % 67.5‘ini diğer kaynaklardan karĢılamaya mecburuz.
Sonuç olarak, hidroelektrik enerji potansiyelini kullanmak için, kısa bir periyot içerisinde, çeĢitli
etaplardaki HES projelerini, devreye sokmak gerekmektedir. Üretilebilecek bütün hidroelektrik
enerji toplamı bile, tahmin edilen tüketim olan 476 milyar KWh/yıl miktarının sadece, %
32.5‘ini karĢılayabilecek olup, geri kalan miktarlarını da, yukarıdaki bölümde açıklanan diğer
kaynaklardan karĢılanabilecektir. Bunların baĢında da, öncelikle rüzgar, güneĢ, nükleer enerji ve
jeotermal enerji kaynakları gelmektedir.
726
3.HES NEDĠR?
3.1. Hidroelektrik Santrali Ne Demektir? Yerel Kaynak Olmasının Avantajları Nelerdir?
Hidroelektrik Santral (HES): Suyun mevcut potansiyel enerjisini, mekanik enerjiye (dönüĢ
enerjisi), mekanik enerjiyi de elektrik enerjisine dönüĢtüren sistemlerdir.
Bir HES, üç esas elemandan oluĢur;
a) Türbin: Suyun potansiyel enerjisini, mekanik (dönüĢ) enerjiye dönüĢtürür,
b) Jeneratör (Elektrik Makinesi): Türbinden çıkan mekanik (dönüĢ) enerjiyi, elektrik enerjisine
dönüĢtürür,
c) Transformatör (Trafo): Jeneratörden çıkan elektrik enerjisinin voltajını yükseltir.
Bir HES‘in gücü demek, bir saatte üreteceği elektrik enerjisi demektir ve
(1)
bağıntısıyla hesaplanır. Bu bağıntıda,
HES‘in gücü
,
suyun özgül ağırlığı
,
düĢü
,
debi
türbin elemanlarının randımanı
türbin randımanı,
jeneratör randımanı,
transformatör randımanı
Güç bağıntısından da görüldüğü gibi, bir HES‘in gücü, suyun düĢüsüyle, debisi çarpımından
oluĢur. Suyun düĢüsü ve debisi ne kadar büyükse, HES‘in gücü de o kadar büyük olur.
Gücü (
olan bir HES‘in, yılda çalıĢacağı toplam (t) saatte üretebileceği
elektrik enerjisi (TEE) ise;
(
)
KWh toplam
(2)
olur.
Esas avantajı, yerel kaynak olması dolayısıyla, herhangi bir döviz ödemesi ve dıĢa bağımlılığı
olmamasıdır. ġu anda, ülkemizin brüt yüzeysel su potansiyeli 186 milyar m3/yıl olup,
kullanılabilir yıllık yüzeysel su potansiyeli, bazı kesimlere göre 95 milyar m3/yıl, bazılarına göre
110 milyar m3/yıl olarak belirtilmekte olup, kanımca, değiĢen koĢullar ve suya bağımlılık dikkate
alındığında, bu değerin 150 milyar m3/yıl‘a çıkabileceği olanak dahilindedir.
3.2.Yenilenebilir Enerji Ne Demektir? HES’lerin, Yenilenebilir Enerji Kaynakları
Arasındaki Yeri ve Önemi Nedir?
Yenilenebilir enerji, elektrik üretiminde potansiyel olarak kullanılan, her yıl belirli değiĢimlerle
meydana gelen, hidrolojik değiĢimler hariç, herhangi bir kaybolma, ortadan kalkma vb gibi
değiĢimler göstermeyen kaynaklar, yenilenebilir ve tükenmeyen enerji kaynaklarıdır.
Yenilenebilir enerji kaynakları arasında;
727
a)
b)
c)
d)
e)
f)
h)
Hidroelektrik enerjisi (yüzeysel su potansiyeli)
Rüzgar enerjisi (eolyen enerji)
GüneĢ enerjisi
Jeotermal enerji
Bioenerji (bitkilerden)
Dalga enerjisi
Katı atık enerjisi
sayılır. Bu yenilenebilir enerji kaynakları arasında en önemlisi, hidroelektrik enerjisidir.
3.3.HES’lerde Kullanılan Suyun Doğal Hayata (büyük ve küçükbaĢ hayvanlara, bitkilere
vb) ve Ġnsanların Ġçme ve Kullanma Suyu Ġhtiyacına Olumsuz Etkisi Var mıdır?
HES’lerde Kullanılan Suyun Azalması, Kimyasal ve Biyolojik Olarak Kirlenmesi Söz
Konusu mudur?
HES‘ler planlanırken çevre yaĢamı ve koĢulları dikkate alınırsa fazlaca bir olumsuz etkisi olmaz.
Suyun HES‘lerde kullanılması sırasında, herhangi bir azalma veya kimyasal ve biyolojik kirlilik
söz konusu değildir. Aksine, HES‘te, potansiyel enerjisinin, elektrik enerjisine dönüĢtüğü suyun
oksijen miktarında bir artma olur.
3.4.HES Projelerinde Yer Alan Regülatör Yapılarının, Sel TaĢkınlarına KarĢı Dere Islahı
Konusunda Fonksiyonu Var mıdır?
Nehir tipi HES‘lerde, su, akarsudan bir regülatör (bağlama) yapısıyla alınır. Bir serbest yüzeyli
iletim kanalı (veya tüneli) ile çok küçük bir eğimle taĢınır. Su, HES‘in iĢletme sırasında
oluĢabilecek aĢırı basınçları alacak bir yükleme havuzundan geçerek, basınçlı cebri boruya geçer.
Cebri borudan çıkan basınçlı su, santral binasında, türbini, kanatlarına çarparak çevirir. Elektrik
enerjisine dönüĢtükten sonra, kuyruk suyu Ģeklinde, santralden çıkıp, akarsuya ulaĢır.
Regülatörler, kısmen de olsa, memba tarafında, bir miktar su biriktirseler de, barajlar gibi
depolama yapısı olmayıp, birer kabartma yapısıdırlar. Dolayısıyla, regülatörlere, kabartma yapısı
adı verilir.
Regülatörler, akarsulardaki olası taĢkınlara çok küçük de olsa, olumlu etki yaparlar. Fakat,
depolamalı baraj yapıları gibi, taĢkın geciktirme yapısı olarak görülmemelidirler.
3.5.Karbon Salınımı Nedir? HES Projeleri Söz Konusu Olduğunda, Karbon Salınımı Ne
Düzeydedir?
Regülatörlerin membaında, depolama yapısı olan bir baraj anlamında olmadığından, herhangi bir
karbon salınımı söz konusu olmaz.
3.6.HES Projelerinin ĠnĢaat AĢamasında Vereceği Zorunlu Çevre Kirliliğinin, ĠnĢaat
Sonunda Rehabilitasyonu, Peyzaj ve Çevre Düzenlemesi Ġle Giderilmesi Mümkün müdür?
HES‘lerin inĢaat aĢamasında, plan ve projelere uyulduğu takdirde, çok fazla bir çevre kirliliğine
neden olmazlar. Kaldı ki, inĢaat sırasında, kazılardan çıkan atıklar, bitki örtüsündeki zararlar ve
oluĢabilecek çeĢitli olumsuzluklar, kirlilikler, inĢaattan sonra rahatlıkla giderilebilir; daha güzel
ve yaĢanabilir bir çevreye dönüĢtürülebilir. Bu da, tamamen, inĢaat tekniklerine ve
uygulamalarına bağlıdır.
Bazı Tanımlar ve Kısaltmalar
728
* HES : Hidroelektrik Santrali kısaltılmıĢ Ģekli,
* Regülatör : Hidroelektrik enerji üretimi için, suyun akarsudan alındığı su yapısı olup,
―Bağlama‖ veya ―Kabartma Yapısı‖ olarak da adlandırılır; bir depolama yapısı değildir,
* KEE: KiĢi baĢına elektrik tüketimi,
* TEE : Toplam elektrik enerjisi.
Bazı Sorular
SORU 1. Derelerde akan sular, ekosistemin dengesi için hayati bir öneme sahip değil midir?
HES‘ler ile yerlerinin değiĢtirilmesi iklimi veya doğayı olumsuz etkilemez mi?
CEVAP: Evet, akarsular, ekosistem için hayati öneme haizdir. Hidroelektrik Santrallerinin bölge
iklimine olumlu etkisi vardır; olumsuz etkisi olamaz. HES‘lerin doğayı olumsuz etkilemesi,
insana bağlıdır. ÇeĢitli aĢamalarda, (planlama, yapım ve iĢletme aĢamaları gibi) HES‘lerin
olumsuz çevre etkileri olabilir. Buradan Ģu sonuca varılmamalıdır. Peki, bu yüzeysel sular,
boĢuna akıp gitsin ve sakın dokunmayalım. Bu düĢünce yanlıĢtır. Mühendislik planlamasındaki
hiçbir iĢlem, faaliyet, inĢaat vb tamamen, yüzde yüz olumlu sonuç verir diye düĢünülemez. Her
faaliyetin olumlu ve olumsuz yönleri olacaktır. O halde, bu iĢ nasıl yapılacaktır? Bir faaliyet
planlarken, mühendis, o iĢin olumlu yönlerinin azamiye, olumsuz yanlarının da asgariye
indirilmesi için önemli hesaplar yapar, alternatifler ortaya koyar. Ġki kefeli terazi örneğini ele
alırsak, terazinin iki kefesinde de bir Ģeyler olacaktır. Bir tarafında artılar (+), diğer kefesinde
eksiler (-) muhakkak olacaktır. Elbet de, olumlu yanları fazla ise, o iĢ rantabldır kabul edilir ve
faaliyetin devamı için, diğer etaplara geçilir. Akis halde, o iĢ ya gündemden çıkarılır, ya da
beklemeye alınır; zamanı gelince, tekrar gündeme taĢınır.
SORU 2. Fayda-Maliyet açısından bakıldığında HES‘ten elde edilen fayda mı daha fazladır
çevresel maliyeti mi?
CEVAP: Bütün bilimsel ve mühendislik kaidelerine göre yapılacak HES‘lerin, olumlu veya
olumsuz yanları, havzadan havzaya, bölgelere göre değiĢiktir. Çok genel olarak, hem çevreye
olumsuz etkileri çok az olurken, olumlu (faydalı) yanları çok fazladır. Bu, tamamen, suyun ve
havzanın kullanım planlamasına, bölgenin özelliklerine (örneğin, turizm ve tarih vb özellikleri)
bağlıdır. Hele, günümüzde yaĢadığımız ―Su ve Enerji Çağı‖nı dikkate alacak olursak, bunun
önemi apaçık ortadadır. Zaman zaman, çok anlamsı bir Ģekilde gündeme getirilmeğe çalıĢılıyor.
Ya HES ya turizm vb gibi. Bunların her ikisini de birlikte planlama olanağı vardır. Bunu su
bilimi bize veriyor. Öte yandan. Çok önemli bir konu da göz ardı edildi. Belirli bir havzada,
yapılan bütün HES baĢvuruları, birer birer, tek baĢına dikkate alınarak sonuca gidildi. Halbuki,
bir havzadaki bütün HES‘ler birlikte alınarak, uygunlukları (rantabilite) araĢtırılmalı, ortaya
konulmalıydı; bu yapılmadı.
SORU 3. HES‘lerde üretilen elektrik enerjisinin tahmin edilen su miktarının olmayıĢı sebebiyle
hesaplananın altında bir düzeyde olacağı yönünde iddialar var. Sizin yaptığınız çalıĢmalarda
böyle bir gözleminiz oldu mu?
CEVAP: Hidrolik (su) Mühendisliğindeki bütün parametreler (yağıĢlar, yüzeysel akımlar,
sızmalar, buharlaĢmalar vb) hepsi olasılığa bağlı faktörler olup, bunların önceden kesin kes (%
100) tespiti olanaksızdır. Dolayısıyla, hidrolik yapıları planlarken, belirli yaklaĢımlar ve
tahminler yaparız. Geride muhakkak belirli küçük oranlarda riskler kalır. Bu riskler, kuru
yapılarda (bina, yol, köprü, vb. ) daha azdır. HES‘lerin planlamasında, bazı hidrolojik çalıĢmalar
yapılır, belirli oranlarda (ortalamalar veya diğer oranlar) yaklaĢık hesaplar ortaya konur; ona
729
göre, risklerin oranı çıkarılarak, rantabilite hesaplanır. Bu çalıĢmalar, havza bazında ne kadar
düzenli ve bilimsel kaidelere göre yapılırsa, risk o kadar küçük olur. Diğer bir deyiĢle, gerçek
rantabilite o kadar doğru hesap edilmiĢ olur. Sonuçta, inĢaatı yapılan ve iĢletmeye açılan bir
HES, elbet de, bazı yıllarda, bu yılların bazı aylarında, yağıĢların ve akımların, tahmin dilenden
küçük çıktığı zaman periyotlarında, ya tamamen devreden çıkar, elektrik üretimi durur veya
santral ünitelerinden biri veya bir kaçı devreden çıkar. Diğer üniteler elektrik üretimine devam
eder. HES‘lerin, uygulamadaki kurumlarda, bütün faaliyet etaplarının çoğunda, üniversiteli bilim
adamı ve araĢtırmacıları olarak, bizzat bulunmadığımız için (yahut davet edilmediğimiz veya
haberdar edilmediğimiz için)un nasıl iĢlediği hakkında fazlaca bilgim yoktur. Ama, sorudaki
olumsuz endiĢelerin olduğunu, dolaylı olarak iĢitiyoruz.
SORU 4. Cansuyu konusu çok tartıĢılıyor. HES‘i yapanların yeterli cansuyunu bırakmadığı veya
bırakmayacağı iddia ediliyor. Bu konudaki görüĢleriniz nelerdir?
CEVAP: 4628 Sayılı Su Kullanım Yasa taslağı 2003‘te hazırlandığında, bu taslağın bir çok
maddesinde, uygulamada, büyük sıkıntıların ortaya çıkacağından endiĢelerim doğmuĢtu.
Bunlardan en önemlisi ‗‘Can Suyu‘‘ meselesi idi. Ve de öyle oldu veya olmağa baĢladı. Çok
acele, bilimsel alanda detaylı tartıĢılmadan çıkarıldı. Bu can suyu nedir, ne olmalıdır? Nasıl
belirlenmeli, belirlenecektir? Bunu, planlama etabında, kim, kimler, hangi kurumlar, nasıl
belirleyecek, iĢletmede nasıl kontrol edilecektir? Planlama ve proje aĢamalarında, değiĢik
çevrelerde, değiĢik oranlar ortaya atıldı. Birileri, sabit olsun dediler. Bazıları, neye göre
değiĢtirdikleri anlaĢılmaz oldu. Günümüzde bir karmaĢa haline geldi bu iĢ. Kaldı ki, HES‘lerin
çoğunluğu iĢletmeye açıldığında, bunun altından kolay kolay kalkılamayacaktır. Her bölge ve
her havza için, o havzanın bütün özellikleri (turizm, spor, canlı yaĢam, ekosistem vb) dikkate
alınarak, yıllık periyotlar içerisinde can suyu oranları çok detaylı hesap edilmeli ve ona göre
HES‘leri güçleri belirlenmeliydi. Halbuki, bölgemizde hiçbir HES için böyle bir bilimsel ve
mühendislik çalıĢma ve araĢtırması yapılmamıĢtır.
SORU 5. Sadece derelerde değil HES‘lerin yapıldığı ve iletim hatlarının geçtiği yerlerde doğaya
ciddi zararlar verildiği belirtiliyor. Müteahhitlerin de bu konuda çok duyarlı olmadığı yönünde
iddialar var. Köylülerin de Ģikayetleri var. Bu nasıl asgariye indirilebilir?
CEVAP: Her ceviz çuvalında, elbet de bazı çürükler çıkacaktır. Planlama, proje ve inĢaat
aĢamalarının hepsinde yapılan hataları genelleĢtirmek yanlıĢ olacaktır. Ancak, bu aĢamaların
hepsinde, değerli elemanların, iĢ adamlarının bu çürüklüğe müsaade etmemeleri, enerji dar
boğazı açısından bakılacak olursa, çok önemlidir. Her kesimin haklı veya haksız yanlarını, biraz
uzaktan, araĢtırmacı ve bilim adamı olarak izliyoruz. Olumlu yanlar bizi fevkalade mutlu
ederken, doğayı, çevreyi bozucu, yanlıĢ uygulamalarından çok rahatsız oluyoruz.
Sonuç olarak, bu ülke hepimizindir. Bütün güzellikleri, potansiyellerini, doğamızı bozmadan
veya en az zararla insanlığın hizmetine sokmağa mecburuz.
Tek eksiğimiz Ģudur:
1. Bilim adamları,
2. Uygulamacı kurumlar,
3. ĠĢ patronları,
4. Sivil toplum örgütleri,
5. Halk
olarak konuları tartıĢamıyoruz. Aramızda büyük diyalog eksikliği vardır. Özel olarak da, suyu
biz yönetemiyoruz; su bizi yönetiyor. Suyun faydalı taraflarını, ihtiyaçlara yönlendiremediğimiz
gibi, zararlarından da çok olumsuz etkileniyoruz. Her yıl bölgemizdeki büyük felaketler, en çok
730
sinirlendiğim ―Temel Fıkraları‖na dönüĢüyor ve bizi çileden çıkarıyor. Onun için, bir kez daha
buradan haykırıyorum ki, temel fıkrası üretecek yerde, suyumuzu doğru dürüst yöneterek, güzel
kullanmak için, iĢ üretelim iĢ. Bir an önce, Sayın Valimizin yönetiminde, bir ―Bölgesel Su
Konseyi‖ oluĢturarak, bu diyalogu baĢlatmamızda, 42 yılını bilimde ve uygulamada harcamıĢ
birisi olarak, fevkalade yararlar görüyorum.
Suya karıĢan, suya sahip çıkan birçok kurum ve kuruluĢ var. ―Su ve Enerji Çağı‖nda, suyu tek
elden yönetmek için de dünyanın birçok ülkesinde olduğu gibi bir ―Su Kaynakları Bakanlığı‖na
acilen gereksinim vardır.
Sıkça gündeme geliyor, Sayın BaĢbakanımız, Sayın Çevre ve Orman Bakanımız, Sayın Turizm
Bakanımız, Sayın Enerji Bakanımızın zaman zaman açıklamalarından da bu anlaĢılmıyor mu?
731
HĠDROELEKTRĠK ENERJĠ KAZANCININ ENERJĠ BĠRĠM FĠYATLARI
VE ĠSKONTO ORANINA DUYARLILIĞI ÜZERĠNE BĠR ÇALIġMA
Tefaruk HAKTANIR
Erciyes Üniversitesi, KAYSERĠ
[email protected]
Murat ÇOBANER
[email protected]
Hatice ÇITAKOĞLU
[email protected]
Gamze C. ERĠNÇ
[email protected]
Hami YÜKSELEN
[email protected]
ÖZET
218 m. yüksekliği ile Deriner‘den sonra Türkiye‘deki en yüksek ikinci, 4.6 km3‘lük toplam
rezervuar hacmi ile Türkiye‘deki dördüncü en büyük olan Ermenek Barajının teknik doneleri
ilgili kaynaklardan sağlanarak, kaydedilmiĢ gerçek ve sentetik olarak türetilmiĢ aylık akım
serileriyle yapılan iĢletme çalıĢmalarıyla, Ermenek Barajı Hidroelektrik Santralinden elde
edilecek yıllık ortalama enerji ve enerjinin 46 yıllık iĢletme süreci baĢındaki net parasal kazancı
hesaplanmıĢtır. Gelir hesapları, Devlet Su ĠĢleri Genel Müdürlüğünce verilmiĢ olan: iskonto
oranı = %9.5, güvenilir enerji birim fiyatı = 6 US Cent/kWs, ikincil enerji birim fiyatı = 3.3 US
Cent/kWs değerleri ile yapıldıktan sonra, hesaplar iskonto oranı = %8.5 ve %7.5, güvenilir enerji
birim fiyatı = 10 US Cent/kWs, ikincil enerji birim fiyatı = 5 US Cent/kWs değerleri ile de tekrar
edilmiĢ, ve 46 yıl baĢındaki net hidroelektrik enerji kazancının bu değiĢikliklere olan duyarlılığı
sunulmuĢtur. Ermenek Barajı örneğinde, 10 sent/kWs ve 5 sent/kWs birim fiyatlar ile, %9.5
iskonto oranı için 46 yıllık ekonomik ömür baĢındaki eĢdeğer kazanç, 6 sent/kWs ve 3.3
sent/kWs birim fiyatlar ile sağlanan baĢtaki eĢdeğer kazançtan %64 daha fazla, %7.5 iskonto
oranı için ise %103 daha fazla bulunmuĢtur.
Anahtar Kelimeler: Ermenek Barajı ve hidroelektrik santralı, hidroelektrik enerji net kazancı.
733
A STUDY ON SENSITIVITY OF BENEFIT DUE TO HYDROELECTRIC ENERGY ON
UNIT PRICE OF ENERGY AND ON DISCOUNT RATIO
ABSTRACT
Using the data given in relevant publications, the annual average hydroelectric energy and the
present worth of total income due to hydroelectric energy produced at Ermenek Dam, which is
the second tallest with a height of 218 m and the fourth largest with a storage capacity of 4.6 km 3
in Turkey, are computed by operation studies in monthly units using both the actual stream flow
data recorded for a period of 46 years and the synthetically generated flow data both in monthly
units. After having done firstly the computations for monetary benefits by the numerical values
advocated by the General Directorate of State Water Works, which are: the unit price of firm
energy = 6 US Cents/kWh, the unit price of secondary energy = 3.3 US Cents/kWh, and the
discount ratio = 9.5%, the computations are repeated with the values: the unit price of firm
energy = 10 US Cents/kWh, the unit price of secondary energy = 5 US Cents/kWh, and the
discount ratios = 8.5% and 7.5%, and the sensitivity of the present worth of total benefits due to
energy to these variations are presented. For the case study of Ermenek Dam, the present worth
of energy benefits at the beginning of a 46-year economic life with unit prices of 10 cents/kWh
and 5 cents/kWh is determined to be 64% greater than that with unit prices of 6 cents/kWh and
3.3 cents/kWh with a discount rate of 9.5% and 103% greater with a discount rate of 7.5%.
Keywords: Ermenek Dam and hydropower plant, monetary benefit of hydroelectric energy.
1.GĠRĠġ
Akpınar ve arkadaĢlarına göre, ülkemizin toplam hidroelektrik enerji potansiyeli ortalama 140
Milyar kWs/yıl civarında olup, 2010 yılı itibariyle bunun %36‘sı üretilebilmektedir, ve inĢaatı
devam etmekte olan 145 adet ve, küçük ölçekliler dahil, planlanmıĢ olan 1300 adet tesis inĢa
edildiğinde bu potansiyelin tamamı üretilmiĢ olacaktır [Akpınar ve ark., 2011].
Sadece hidroelektrik enerji üretme amaçlı olan Ermenek Barajı, Karaman Ġli sınırları içinde, 218
m yüksekliği ile Deriner‘den sonra ülkemizin ikinci en yüksek, 4.6 Milyar m3‘lük rezervuar
kapasitesi ile de dördüncü en büyük barajıdır, ve yılda ortalama 1100 Milyar kWs enerji
üreteceği beklenmektedir [BM Holding, 2009; DSĠ, 1999; Ermenek Consortium, 2006; Linortner
ve ark., 2009; PÖYRY, 2006]. Ermenek Barajı ve Hidroelektrik Santralı (HES) hakkında tanıtıcı
bilgilerin yanısıra, kotlar, cebri borunun çapı gibi birçok teknik bilgi de içeren çoğu kitapçık,
broĢür, bilgisayar sunumu biçimindeki yayınlar, ve 1999 tarihli kesin proje paftaları bu
çalıĢmanın yazarları tarafından ilgili mercilerden talep edilerek sağlanmıĢtır. Haktanır ve
Çobaner tarafından daha önce geliĢtirilmiĢ ve ülkemizde bazı baraj ve HES‘lere uygulanmıĢ olan
bilgisayar programları [Haktanır ve Çobaner, 2005, 2007], diğer bir örnek çalıĢma olması
amacıyla Ermenek Barajı ve HES‘e de uygulanmıĢtır.
Devlet Su ĠĢleri Genel Müdürlüğünün ilgili teknik yayınlarında görülebileceği gibi (örneğin: son
yıllardaki DSĠ Ajandalarındaki tablolar, www.dsi.gov.tr ), herhangi bir HES projesinin fizibilite
çalıĢması için DSĠ tarafından sunulan ve son birkaç yıldır sabit kalan nümerik değerler: güvenilir
enerji birim fiyatı = 6 ABD Cent/kWs, ikincil enerji birim fiyatı = 3.3 ABD Cent/kWs, ve
iskonto oranı = % 9.5‘tur. Son zamanlardaki gerçek rakamlar ise, üretilen enerjinin menĢei ne
olursa olsun, enerji birim fiyatı, hatta ikincil enerji birim fiyatı 10 ABD Cent/kWs, hatta 14 ABD
Cent/kWs civarındadır. Örneğin, resmi olarak sunulan bir HES fizibilite raporunda ikincil enerji
birim fiyatı 5 ABD Cent/kWs alınmıĢtır [Ölçen, 1996]. Ġlk yatırım maliyeti milyar dolarlar
mertebesindeki nükleer reaktör santrallerinin ihalesinde bile 10  14 ABD Cent/kWs bandında
734
garanti edilmiĢ fiyatlardan bahsedilmektedir. Bu olgulardan etkilenerek, üretim yöntemi ne
olursa olsun, elektrik enerjisi birim fiyatının sabit olması gerektiği, DSĠ teamülleri olarak kabul
edilebilecek 6 ve 3.3 ABD Cent/kWs fiyatların zamanımızda rasyonel olmayan çok düĢük
değerler, ayrıca %9.5‘luk iskonto oranının da, ilerdeki yılların kazançlarını baĢlangıç yılına aĢırı
derecede azaltarak getireceği için, çok büyük bir değer olduğu kanaatine varılmıĢtır. Dolayısıyla,
bu çalıĢmanın amacı, Ermenek Barajı ve HES‘i örneğinde, toplam hidroelektrik enerji net
kazançlarının, güvenilir ve ikincil enerji birim fiyatlarına ve iskonto oranına olan duyarlılığını
gerçekçi hesaplar sonucu incelemek olmuĢtur.
2.IZGARA GĠRĠġĠNDEN KUYRUKSUYU HAVUZUNA KADAR TOPLAM ENERJĠ
KAYIPLARININ HESABI
Izgara giriĢini takiben 5.6 m çapında, 8064 m uzunluğunda betonarme tünel, bu uzunluğun
sonunda 4.7 m çapında ve 1125 m uzunluğundaki çelik cebri boruya birleĢmekte, çelik boru
sonunda da manifold ile her biri 150 MW gücündeki iki Francis türbinine bağlanmaktadır [DSĠ,
1999; Ermenek Consortium, 2009; PÖYRY, 2006]. Tünel iki geniĢ yatay kurp, cebri boru bir
geniĢ düĢey kurp yapmaktadır. Tünelin cebri boruya bağlandığı kesitte vana odası ve silindirik
bir denge bacası bulunmaktadır. Ermenek Barajı minimum ve maksimum iĢletme kotları: 660.0
m ve 694.0 m olup bunların arasındaki aktif hacim 1.474 Milyar m3‘tür. Draft tüp çıkıĢı kuyruk
suyu havuzu su yüzü kotu normal türbin debilerinde 333.0 m ile 333.4 m arasında değiĢmekte,
Ermenek Çayındaki ekstrem taĢkınlarda ise 339.0 m kotuna kadar çıkmaktadır [DSĠ, 1999;
Ermenek Consortium, 2009; PÖYRY, 2006]. Ermenek Barajı sedde kret kotu 700.0 m olup,
muhtemel maksimum taĢkının barajdan ötelenmesi esnasında maksimum göl su kotu 699.5 m
olarak öngörülmüĢtür [Ermenek Consortium, 2009; PÖYRY, 2006].
Tünelde ve cebri borudaki sürtünme kayıpları için bu çalıĢmada Darcy-Weisbach denklemi
kullanılmıĢtır. Beton ve çelik nominal pürüzlülük yükseklikleri için 1.0 mm ve 0.6 mm [Gulliver
ve Arndt, 1991‘deki Tablo 5.6; USBR, 1977], suyun kinematik viskozitesi için 1.110–6 m2/sn
alınmıĢtır. Izgara geçiĢinde, kurplarda, tam açık vanalar gibi yerel kayıp katsayıları için de ilgili
kaynaklardan yararlanarak [Gulliver ve Arndt, 1991‘deki 5.52–5.55‘inci sayfalar; Yıldız,
1992‘deki 7.4‘üncü Bölüm; ġentürk, 1994‘deki 11.‘inci Bölüm] makul değerler alınmıĢtır. Draft
tüpün çıkıĢ ağzındaki hız yükü de enerji kaybı olarak hesaplara dahil edilmiĢtir. BaĢtan sona
kadar enerji için su taĢıyan sistemdeki sürtünme ve diğer enerji kayıplarının toplamı aĢağıdaki
ifadeyle özetlenebilmektedir [Haktanır ve Çobaner, 2005, 2007]:
TYK = CQ2
(1)
Burada, TYK: ızgaradan draft tüp çıkıĢına kadar toplam yük kaybı (m), C: pozitif reel sabit bir
katsayı (sn2/m5), Q: enerji tüneli, cebri boru, ve türbin(ler)den geçen debi (m3/sn) dir. Ġki türbin
maksimum kapasitede çalıĢtığı zaman enerji sisteminden geçecek debi 106 m3/sn‘dir [Ermenek
Consortium, 2009; PÖYRY, 2006]. 10 m3/sn‘den baĢlayıp, 1 m3/sn artımlarla, 100 m3/sn‘ye
kadar toplam enerji kayıplarını detaylı yöntemle hesaplayan bir bilgisayar programı yardımıyla
TYK‘na karĢılık Q değerleri elde edilmiĢtir. Bu 101 adet çift değere regresyon uygulanmıĢ, (1)
nolu eĢitlikteki C katsayısı için, R2 = 1.0 değerindeki bir determinasyon katsayısı ile, C = 0.0266
değeri bulunmuĢtur. Ermenek Barajı enerji sistemindeki kayıplar için hesaplanan TYK  Q
iliĢkisi ġekil-1‘de verilmektedir. Bu çalıĢmada, 106 m3/sn‘lik maksimum debi için toplam yük
kaybı: TYK = 30 m olarak bulunmuĢ olup, Ermenek Barajı ile ilgili yayınlarda [Ermenek
Consortium, 2009; PÖYRY, 2006] bu değer 34 m olarak verilmektedir.
735
ġekil 1. Ermenek Barajı enerji tüneli ve cebri boru boyunca toplam yük kayıplarının 10 m 3/sn ile
110 m3/sn arası türbin debilerine bağlı olarak değiĢimi
3.ERMENEK BARAJINA GELEN AYLIK AKIM SERĠSĠNĠN TAHMĠNĠ
ġekil-2‘de Ermenek Barajının içinde bulunduğu, ülkemizin 26 ana havzasından biri olan, 17 nolu
Müteferrik Doğu Akdeniz Suları Havzası, akarsular, Elektrik ĠĢleri Etüt Ġdaresi (EĠE) Genel
Müdürlüğünün iĢlettiği akım rasat istasyonları (ARĠ), Devlet Su ĠĢleri (DSĠ) Genel
Müdürlüğünün iĢlettiklerinden bir akım rasat istasyonu (17-016), ve Ermenek Barajı aksının
konumu görülmektedir. Ermenek Barajı aksının olduğu kesitte bir ARĠ bulunmazken 1723 nolu
ARĠ Ermenek Barajının yaklaĢık 10 km kadar menba kısmındadır. 1723 nolu ARĠ ve Ermenek
Baraj aksı kesitinin drenaj alanları 2148 km2 ve 2304 km2‘dir, ve aralarında %7.3 kadar bir
relatif fark olduğundan dolayı 1723 nolu ARĠ‘ndaki ölçülmüĢ akımların Ermenek Barajna gelen
akımlar olarak alınması uygun değildir. Yanısıra, 1723 nolu ARĠ, 1985–2004 sürecinde 20 yıl
boyunca iĢletilmiĢ, 2005‘te kapatılmıĢtır [EĠE, 1962–2007]. 1723‘ten baĢka Ermenek Barajına en
yakın, mansabındaki 1719 nolu ARĠ‘dur. 17 nolu havzada paralel konumdaki iki ana kol
Ermenek Çayı ve Göksü Nehri‘dir, ve ġekil-2‘de görüldüğü gibi bunlar 1720 nolu ARĠ‘na yakın
bir kavĢakta birleĢtikten sonra Akdeniz‘e Göksu Nehri olarak deĢarj olmaktadır. Torosların
belirli bir coğrafik alanında yakın konumda bulunduklarından dolayı Ermenek Çayı ve Göksu
Nehri aylık akım trendlerinin paralel boyutlarda olacağı kabul edilmiĢ, ve 17 nolu havza içinde,
Ermenek Barajına çok ta uzak olmayan, EĠE‘nin iĢlettiği 1723, 1719, 1712, 1720, ve 1714
ARĠ‘ları ve DSĠ‘nin iĢlettiği 17-016 ARĠ birlikte değerlendirilerek, bu altı adet istasyonda
ölçülmüĢ olan akım serilerindeki eksik akımlar, çoklu istasyonların aynı ayın ve bir evvelki ayın
akımlarının lineer regresyonla iliĢtirildiği AR(0) + AR(1) modeliyle tamamlanmıĢtır. EĠE‘den ve
DSĠ‘den temin edilen bütün mevcut rasat donelerinin incelenmesinden, alınan altı adet
ARĠ‘nundan üç adedinde kesiksiz 1962–2007 aralığındaki 46 yıllık süreçte ölçülmüĢ akımlar
mevcut iken, diğer üç adedindeki akım gözlem süresi 20, 36, ve 42 yıldır.
736
ġekil 2. 17 nolu ‗Müteferrik Doğu Akdeniz Suları Havzası‘nda önemli akarsuları, EĠE‘nin
iĢlettiği ARĠ‘larının ve bu çalıĢmada alınan DSĠ‘nin iĢlettiği 17-016 nolu ARĠ‘nunun, ve
Ermenek Barajı aksının konumunu gösteren harita
1971 yılında, ABD Ordu Mühendisleri Birliği Mühendislik Hidrolojisi Merkezi (USACE, HEC)
tarafından geliĢtirilmiĢ olan HEC4 adlı paket program, herhangi bir gruptaki bir istasyonun
herhangi bir ayının akımını, kendi serisindeki bir evvelki ayınkine, grubun diğer istasyonlarının
bir evvelki aylarınkine ve aynı aylarınkine lineer regresyonla iliĢtirerek her ay akımı için
böylece, 0 gecikmeli oto-regresif (auto-regressive) AR(0) + 1 ay gecikmeli AR(1) modeli ile
oluĢan çok bilinmeyenli lineer regresyon hesabı ile eksik ay akımlarını tahmin etmektedir [Beard
ve ark., 1970; HEC, 1971]. Örneğin, bu çalıĢmadaki grupta altı ARĠ olduğuna göre herhangi bir
ayın akımı 6 adet bir evvelki + 5 adet aynı ayın akımları olmak üzere toplam 11 adet bağımsız
değiĢkene iliĢtirilmektedir. Bu stokastik bileĢenlere, ortalaması sıfır olan, aĢağıdaki ifadeyle
hesaplanan bir rastgele değiĢken de ilave edilmektedir.
RD = (1–R2)0.5RSNS
(2)
Burada, RSNS: rastgele sayı üreticisi bir alt-programın hesapladığı standart normal dağılımlı
rastgele sayı, R2: bütün bağımsız değiĢkenlerin katkısıyla bağımlı değiĢkenin toplam
varyansındaki azalmayı tanımlayan çoklu determinasyon katsayısı, (1–R2)0.5: oto-regresif
modellerde rastgele bileĢenin standart sapması, ve RD: modelin normal dağılımlı rastgele
değiĢkenidir. HEC4, baĢtan bütün aylık akımlara genel ortalamanın %1‘ini ilave ettikten sonra
akımların logaritmasını almakta, log-dönüĢtürümlü akımların gama dağılımlı olduğunu kabul
etmekte, standardizasyon dönüĢtürümünü ve ardından Wilson-Hilferty yaklaĢık formülünü
kullanarak bunları standart normal dağılıma uyar hale getirmektedir. Hesapların bitiminde
standart normal dağılımlı rakamsal değerler, baĢtan yapılan dönüĢtürümlerin inversleri alınarak
orijinal akım değerlerine dönüĢtürülmektedir. Kısaca, HEC4 aylık akımlara log-Pearson-3
dağılımı uygulayarak rastgele bileĢeni hesaplamaktadır [Beard ve ark., 1970; HEC, 1971]. Bu
paragrafta özetlenmeye çalıĢılan bu yöntem, hem eksik gerçek akımların tamamlanmasında, hem
de istenen uzunlukta sentetik akımların hesaplanmasında kullanılmaktadır.
Tablo-1‘de, 17 nolu havza içindeki bu altı adet istasyondaki logaritması alınmıĢ aylık akım
değerlerinin, aynı ay ve bir evvelki aylara olan korelasyon katsayıları matrislerinden Ekim
ayınınki ve takiben sadece 1723 nolu ARĠ akımları ile diğer ARĠ‘ler arasındaki korelasyon
737
katsayıları verilmektedir. Görüldüğü gibi, Ermenek Barajına en yakın 1723 nolu ARĠ akımlarının
1719 ve diğer ARĠ akımlarına olan korelasyon katsayıları oldukça yüksektir. Bilindiği gibi,
HEC4‘ün kullandığı AR(0) + AR(1) modelinde korelasyon katsayılarının nümerik değerleri
lineer regresyondaki bağımsız değiĢkenlerin çarpan katsayılarının nümerik değerlerine çok
yakındır. Böylece, herhangi bir ay akımının o ayki ve bir ay evvelkilere olan iliĢkisinde, o ay
akımının bağımsız değiĢkenlere olan bağımlılığı zayıf ise, diğer bir deyiĢle, korelasyon katsayısı
sıfıra yakın ise, çoklu regresyonda o ayın akımına, iliĢkisi zayıf olan bağımsız değiĢkenin katkısı
da az olacaktır. Tersi olarak, korelasyon katsayısı bire yakın olan bir bağımsız değiĢkenin katkısı
fazla olacaktır. Böylece, eksik akımların tamamlanmasında ve sonra sentetik akımların
hesabında gerçekçi bir hesap yöntemi uygulanmaktadır Yazarlar tarafından önceki bazı
çalıĢmalarda HEC4 kullanılmıĢ ve sonuçlarının makul olduğu kanaatine varılmıĢtır [örneğin:
Haktanır, 1984; Haktanır ve Çobaner, 2005].
Yukarıda açıklanan analizler için 1990‘lı yıllarda geliĢtirilen, kullanım kılavuzuna göre kapsamlı
bir stokastik model içeren ve A.B.D.‘de ve bazı ülkelerde kullanılmıĢ olan SPIGOT adlı bir
paket program da mevcuttur [Grygier & Stedinger, 2001]. Lisanslı olarak elde edilmesine
rağmen, henüz SPIGOT‘un kullanımı yazarlar tarafından öğrenilemediği için bu çalıĢmada
uygulanmamıĢtır. Aynı havza aylık akımları için SPIGOT ve HEC4‘ün verdiği tamamlanmıĢ ve
sentetik akımların karĢılaĢtırılmasının yapılması ileride arzulanan bir çalıĢmadır.
Tablo 1. Su yılı baĢından (Ekim‘den) sonuna (Eylül‘e) kadar 1712, 1720, 1723, 1719, 17-016,
ve 1714 nolu ARĠ‘larındaki ölçülmüĢ kaydedilmiĢ aylık akımların logaritmik değerlerinin AR(0)
+ AR(1) modelindeki korelasyon katsayıları matrisi (HEC4 paket programı çıktısının bir kısmı)
RAW CORRELATION COEFFICIENTS FOR MONTH 10
STA
12
20
23
19
16
14
WITH CURRENT MONTH
12 1.000
.831
.574
.734
.351
.670
20
.831 1.000
.576
.748
.516
.738
23
.574
.576 1.000
.805
.622
.840
19
.734
.748
.805 1.000
.437
.927
16
.351
.516
.622
.437 1.000
.415
14
.670
.738
.840
.927
.415 1.000
WITH PRECEDING MONTH AT ABOVE STATION
12
.570
.630 -.248
.491
.077
.537
20
.582
.692 -.141
.707
.369
.607
23
.012
.616
.378
.406
.532
.393
19
.336
.556
.399
.590
.186
.498
16
.213
.101
.097
.465
.779
.296
14
.421
.621
.387
.656
.180
.632
STA
12
20
23
19
16
14
WITH CURRENT MONTH
23
.853
.854 1.000
.913
.717
.917
23
.607
.759
.867
.774
.634
.848
STA
12
20
23
19
16
14
WITH CURRENT MONTH
23
.821
.743 1.000
.847
.411
.839
23 -.078 -.072
.378
.255 -.187
.150
738
STA
12
20
23
19
16
14
WITH CURRENT MONTH
23
.939
.972 1.000
.985
.863
.995
23 -.608 -.292 -.444 -.011 -.037
.028
STA
12
20
23
19
16
14
WITH CURRENT MONTH
23
.983
.974 1.000
.975
.858
.989
23
.752
.766
.815
.802
.560
.791
STA
12
20
23
19
16
14
WITH CURRENT MONTH
23
.696
.578 1.000
.978
.388
.819
23
.461
.475
.402
.370
.504
.414
STA
12
20
23
19
16
14
WITH CURRENT MONTH
23
.976
.977 1.000
.993
.935
.992
23
.245
.416 -.326 -.241
.322
.202
STA
12
20
23
19
16
14
WITH CURRENT MONTH
23
.953
.956 1.000
.950
.970
.951
23
.866
.866
.811
.869
.922
.857
STA
12
20
23
19
16
14
WITH CURRENT MONTH
23
.834
.864 1.000
.723
.867
.741
23
.852
.864
.799
.776
.873
.781
STA
12
20
23
19
16
14
WITH CURRENT MONTH
23
.787
.695 1.000
.802
.934
.781
23
.736
.805
.833
.676
.870
.728
STA
12
20
23
19
16
WITH CURRENT MONTH
739
14
23
.534
23
.705
.723
1.000
.555
.788
.781
.720
.902
.779
.826
.829
STA
12
20
23
19
16
14
WITH CURRENT MONTH
23
.270
.533 1.000
.768
.887
.594
23
.179
.560
.849
.280
.909
.467
ġekil-2‘den görüldüğü gibi, 1723 ve 1719 nolu ARĠ‘ları ve Ermenek Barajı Ermenek Çayı
üzerinde bulunmaktadır. Bu çalıĢmada, 1723 nolu ARĠ‘undaki aylık akımların Ermenek Barajı
kesitine taĢınması için ağıdaki ifadeden yararlanılmıĢtır.
nj
Q1j/Q2j = (A1/A2)
(3)
Burada, A1 : akarsu üzerindeki 1 nolu kesitin drenaj alanı, km2, A2 : akarsu üzerindeki 2 nolu
kesitin drenaj alanı, km2, Q1j : 1 nolu kesitteki j‘ninci ayın akımı, Mm3/ay (Milyon m3)/ay, Q2j : 2
nolu kesitteki j‘ninci ayın akımı, Mm3/ay, ve nj : j.ninci ay için katsayıdır. (3) nolu eĢitliğin
yanısıra, 1723 ve 1719 nolu ARĠ‘larının aynı ay akımları için aĢağıdaki basit lineer regresyon
iliĢkisi de uygulanmıĢtır.
Q1719j = CjQ1723j
(4)
Burada, Q1719j : 1719 nolu ARĠ‘da j.ninci ayın akımı, Mm3/ay, Q1723j : 1723 nolu ARĠ‘da j.ninci
ayın akımı, Mm3/ay, Cj : j.ninci ay için regresyon sabitidir. (3) ve (4) nolu eĢitlikler 1719 ve
1723 nolu ARĠ‘ları için aĢağıdaki hale getirilebilir.
nj = ln(Cj)/ln(A1719/A1723)
(5)
EĠE akım rasat yıllıklarından, A1719 = 3499.6 km2 ve A1723 = 2148.0 km2‘dir. HEC4 paket
programı ile bütün ARĠ‘ların aylık akım serileri 1962–2007 arası 46 yıllık süreç için
tamamlandıktan sonra, 12 ayın her biri ile ayrı ayrı yapılan regresyon analizleri sonucu (4) nolu
ifadedeki Cj katsayıları ve (5) nolu eĢitlikten hesaplanan nj katsayıları Tablo-2‘de verilmektedir.
Tablo 2. 1719 ve 1723 nolu ARĠ aylık akımları için Cj katsayıları, regresyonlardaki
determinasyon katsayıları (Rj2), ve (5) nolu eĢitlikten hesaplanan nj katsayıları
Aylar(j): 10
Cj
1.60
2
Rj
0.96
nj
0.963
11
1.41
0.97
0.704
12
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1.20 1.31 1.24 1.21 1.12 1.16 1.15 1.41 1.52 1.66
0.99 0.97 0.99 0.99 0.99 0.99 0.98 0.94 0.92 0.88
0.373 0.553 0.441 0.390 0.232 0.304 0.286 0.704 0.858 1.038
Ermenek Barajı, 1723 ve 1719 nolu ARĠ‘ler arasında, ve bu kesitlerin üçü de Ermenek Çayı
üzerinde bulunduğundan, 1723 ile 1719 arasındaki nj katsayılarının 1723 ile Ermenek Barajı için
de geçerli olduğu varsayımıyla, Ermenek Barajına gelen aylık akımlar aĢağıdaki ifade ile
hesaplanmıĢtır.
nj
QEBj = Q1723j  (AEB/A1723)
(6)
740
Burada, Q1723j : 1723 nolu ARĠ‘nda j.ninci aydaki akım, Mm3/ay, QEBj : Ermenek Barajında
j.ninci aydaki akım, Mm3/ay, nj : n.ninci ayın katsayısı, A1723 = 2148 km2, AEB = 2304 km2 dir.
4.GÖZLENMĠġ AYLIK AKIMLAR SERĠSĠYLE ERMENEK BARAJINDAN
HĠDROELEKTRĠK ENERJĠ ÜRETĠMĠ
Aylık iĢletme hesaplarında buharlaĢma kaybı için uzun zaman ortalama değerlerin yeterli olacağı
kabulü ile, DMĠ‘den temin edilen aylık ortalama tava buharlaĢması datalarından, yıllık
ortalaması 151 mm/yıl olan, Ermenek Barajına en yakın konumda Karaman istasyonundaki
değerler 0.8 ile çarpılarak baraj yüzeyinden oluĢacak aylık buharlaĢma oranları tahmin edilmiĢtir.
Yukarıdaki bölümde açıklandığı gibi, EĠE ve DSĠ‘nin gözlenmiĢ akım serilerinden yararlanarak
hesaplanan Ermenek Barajında 1962–2007 aralığındaki 46 yıllık aylık akımların ortalaması
115.6 Mm3/ay (= 1387.2 Mm3/yıl) = 43.99 m3/sn olarak bulunmuĢtur. Ermenek Barajı ile ilgili
yayınlarda ise bu değer 1332.6 Mm3/yıl = 42.3 m3/sn olarak verilmektedir [Ermenek
Consortium, 2009; PÖYRY, 2006]. Yukarıdaki bölümde açıklandığı gibi, burada detaylı ve
özenli bir çalıĢma yapılmıĢ olup, daha uzun bir süreçte gözlenmiĢ rasatlardan yararlanıldığından
bu fark ortaya çıkmıĢ olabilir. Ermenek Barajı sadece enerji üretim amaçlı olduğundan, bu
çalıĢmada, barajın HES‘ından alınabilecek maksimum enerji ve onun kazancının hesaplanması
yoluna gidilmiĢ, ve maksimum regülasyonun %95‘ler civarında olabileceği düĢünülerek, iĢletme
çalıĢmasında maksimum aylık debi olarak 110 Mm3/ay seçilmiĢtir. Hidroelektrik güç ve üretilen
enerji, türbinden geçen debinin yanısıra türbindeki net su yükü (net düĢü) ile de doğru orantılı
olduğundan dolayı, barajı devamlı maksimum regülasyon ile iĢletme gölde su azalması ve su
yükü azalmasına sebep olabileceğinden dolayı, mümkün en büyük regülasyondan daha küçük bir
türbin debisi en fazla enerji üretimi sağlayabilir. Bu yüzden, bu çalıĢmada 46 yıl boyunca iĢletme
hesapları, türbin debisi için 110 Mm3/ay‘dan baĢlayarak, 105 Mm3/ay, 100 Mm3/ay, 95 Mm3/ay,
90 Mm3/ay için de tekrar edilmiĢ ve optimum türbin debisi bulunmaya çalıĢılmıĢtır. Ayrıca,
kesin projeden de görüldüğü gibi, maksimum türbin debisi olan 106 m3/sn, baraja gelen ortalama
debinin 2.5 katı kadardır, ve bu, gün içinde pik talep saatlerinde türbinlerin maksimum
kapasitede çalıĢtırılacağı anlamına gelmektedir. Bu çalıĢmada, herhangi bir ayda ortalamadan
fazla su baraja geldiğinde, aylık ortalama göl su kotu maksimum iĢletme kotu olan 694.0 m‘den
fazla olacak ise, türbinden maksimum kapasitesine kadar fazla debi verilerek ikincil enerji
üretimi yapılmaktadır.
ĠĢletme çalıĢmasında, her ay, baraja gelen, buharlaĢma kaybı, türbinden giden, varsa savaklanan
debiler kale alınarak göl su hacminde ve göl su kotunda olan değiĢiklikler hesaplanmaktadır.
Ermenek Barajı (göl su hacmi) ↔ (göl su yüzü kotu), (göl su yüzü alanı) ↔ (göl su yüzü kotu),
ve türbin çıkıĢındaki (kuyruk suyu havuzu su yüzü kotu) ↔ (barajdan bırakılan toplam debi)
iliĢkileri dikkatlice barajın kesin projesinden alınmıĢ ve küçük aralıklarda nümerik tablolar
halinde kullanılan programa okutulmuĢtur. ĠĢletme hesaplarında, bu tablolardaki herhangi bir ara
değer 3.üncü dereceden polinom interpolasyonu ile hassas olarak hesaplanmaktadır. Her ayın
baĢı ve sonundaki değerlerin ortalamalarıyla yapılan hesaplarda kullanılan önemli ifadeler
aĢağıdaki gibi alınmıĢtır.
Hneti,j = GSYKi,j – KSHSYKi,j – TYKi,j
(7)
Gi,j = 8Qi,jHneti,j
(8)
HEEi,j = Gi,jASj
(9)
741
Bu eĢitliklerde, i.ninci yılın j.ninci ayındaki aylık ortalama değerler olmak üzere, GSYKi,j : göl
su yüzü kotu (m), KSHSYKi,j : kuyruk suyu havuzu su yüzü kotu (m), TYKi,j : m3/sn birimine
dönüĢtürülmüĢ olan türbin debisi ile (1) nolu eĢitlikle hesaplanan toplam yük kaybı (m), Hneti,j :
türbindeki net su yükü (düĢü) (m), Gi,j : jeneratör gücü (kW), ASj : j.ninci aydaki toplam saat
miktarı (saat) (31 günlük aylar için 744, 30 günlük aylar için 720, Ģubat ayı için 678), ve HEEi,j :
i.ninci yılın j.ninci ayında üretilen hidroelektrik enerji miktarıdır (kWs/ay). (8) nolu eĢitlikteki 8
çarpanı, türbin–jeneratör ünitesinin toplam veriminin % 81.5 olduğu kabulü ile ortaya çıkan
boyutlu bir katsayıdır (kütle/hacim) [Elliot ve ark., 1998, sayfa: 1.70]. Bu katsayı biraz daha
iyimser bir yaklaĢımla, örneğin: Ağaçhisar Barajı ve HES için Fizibilite Raporunda 8.3 [EĠE,
2006] ve Sır Barajı ve HES Fizibilite Raporunda 8.5 [Çukurova Elektrik, 1986] alınmıĢtır. Her
türbin debisi ve net düĢü değerlerinin türbin–jeneratör ünitesinin optimum çalıĢma aralığında
olmayabileceği gerçeğinden hareketle, aylık iĢletmeler için (8) nolu eĢitlikteki 8 katsayısının ve
onun sağladığı % 81.5 net verim katsayısının emniyetli tarafta, fakat çok ta küçük olmayan
makul bir değer olduğuna inanılmaktadır. Bu çalıĢmada, tek türbin gücünün %20‘sine kadar olan
güçler kullanılmıĢ, türbin üstündeki net düĢü ve verilebilen türbin debisinin değerlerine göre
üretilebilecek güç bundan küçük ise türbin kapatılmıĢ ve o ay sıfır enerji üretilmiĢtir.
Ermenek Barajı kesin projesine göre, bir yan kol üzerindeki Erikli Regülatöründen gelen cebri
boru Ermenek Barajı cebri borusuna birleĢmekte ve maksimum 3 m3/sn‘lik bir ilave debi katkısı
yapmaktadır [PÖYRY, 2006]. Ortalama gelen akım debisi 3.8 m3/sn olan Erikli Regülatörünün
deposu küçük olduğundan, bu çalıĢmada, Ermenek Barajından bırakılan türbin debisine 2
m3/sn‘lik sabit bir debi ilave edilmiĢtir.
Bu bölümde açıklanan iĢletme çalıĢmalarının özet bilgilerin sunulduğu Tablo-3‘ten
görülebileceği gibi, aylık türbin debisinin 100 Mm3/ay (regülasyonun %87) olduğu iĢletme
maksimum en baĢtaki enerji kazancını sağlamaktadır. Optimum olarak bulunan iĢletme ile 46
yıllık süreçteki, türbin üstündeki net düĢünün, türbin debisinin, ve üretilen enerjinin aylık
peryotlardaki değiĢimleri ġekil-3, ġekil-4, ve ġekil-5‘te verilmektedir.
742
Tablo 3. Farklı türbin debileri, farklı güvenilir ve ikincil enerji birim fiyatları, ve farklı iskonto
oranlarıyla, 46 yıllık gözlenmiĢ akım serisiyle Ermenek Barajından elde edilen yıllık ortalama
hidroelektrik enerji ve iĢletme baĢındaki kazançlar
Aylık türbin
debisi (Mm3/ay):
110
105
100
95
90
Yıllık ortalama
debi kısıntısı (%):
% 2.83
% 1.34
%0
%0
%0
Yıllık ortalama HE
enerji (GWs/yıl):
1101
1096
1095
1089
1084
Güvenilir ve ikincil enerji birim fiyatları: 6 sent/kWs, 3.3 sent/kWs, ve iskonto oranı: %9.5 iken:
HE enerji kazancının
baĢtaki eĢdeğeri:
415 M$
412 M$
664 M$
655 M$
643 M$
Güvenilir ve ikincil enerji birim fiyatları: 6 sent/kWs, 5 sent/kWs, ve iskonto oranı: %9.5 iken:
629 M$
624 M$
714 M$
706 M$
699 M$
629 M$
624 M$
1092 M$
1077 M$
1056 M$
693 M$
687 M$
787 M$
779 M$
771 M$
693 M$
687 M$
1207 M$
1191 M$
1167 M$
770 M$
764 M$
876 M$
867 M$
858 M$
770 M$
764 M$
1345 M$
1328 M$
1301 M$
743
ġekil 3. %87 regülasyonla (= 100 Mm3/ay) Ermenek Barajının 46 yıllık gözlenmiĢ akım serisiyle
iĢletilmesinde türbin üstünde net düĢünün zamana göre değiĢimi
iĢletilmesinde türbin debisinin zamana göre değiĢimi
744
iĢletilmesinde üretilen hidroelektrik gücün zamana göre değiĢimi
5.SENTETĠK
AYLIK
AKIMLAR
HĠDROELEKTRĠK ENERJĠ ÜRETĠMĠ
SERĠSĠYLE
ERMENEK
BARAJINDAN
Ermenek Barajı kesitine gelen 46 yıllık tarihi akım serisi 3.üncü Bölümde özetlendiği gibi
hesaplandıktan sonra, giriĢ datası dosyasındaki istasyonlardan 1723 nolu ARĠ‘nin datası çıkarılıp
onun yerine, 1729 numarası verilen Ermenek Baraj kesitinin akım datası girilmiĢ ve HEC4
bilgisayar programı ile 4600 (=10046) yıllık sentetik akım serisi hesaplanmıĢtır. 4.üncü
Bölümde yapılan duyarlılık çalıĢmasından seçilen optimum kombinezon sadece bir kez 100 adet
her biri 46 yıllık sentetik akım serileriyle çalıĢtırılmıĢtır. Bu iĢ için kodlanan program, iĢletme
tablolarını vermemekte, o serinin özet bilgilerini vermektedir. Böylece elde edilen 100 adet yıllık
ortalama hidroelektrik enerjiler ve 100 adet enerji kazançları rastgele değiĢkenler olarak
değerlendirilmiĢ, bunlara yaygın olasılık dağılımları uygulanmıĢ, Ki-kare ve olasılık çizgisi
korelasyon katsayısı uygunluk testleriyle belirlenen en uygun olasılık dağılımına göre %99
olasılıklı yıllık ortalama hidroelektrik enerji ve enerjinin en baĢtaki eĢdeğer kazancı
hesaplanmıĢtır. ġekil-6‘da, gözlenmiĢ akımlarla optimum olarak bulunan aylık türbin debisinin
100 Mm3/ay olduğu iĢletme ile elde edilen 100 adet yıllık ortalama hidroelektrik enerjinin
histogramı ve bu 100 elemanlı seriye en uygun olarak seçilen parametreleri maksimumolabilirlik yöntemiyle hesaplanmıĢ 3-parametreli log-normal dağılımının olasılık yoğunluk
fonksiyonu sunulmaktadır.
745
ġekil 6. %87 regülasyonla Ermenek Barajının 100 adet her biri 46 yıllık sentetik akım serileriyle
elde edilen yıllık ortalama enerjilerin histogramı, bunlara uygun, parametreleri maksimumolabilirlik yöntemiyle hesaplanmıĢ 3-parametreli log-normal dağılımının olasılık yoğunluk
fonksiyonu, ve 46 yıllık gözlenmiĢ akım serisiyle elde edilen yıllık ortalama hidroelektrik enerji
6.BULGULAR VE TARTIġMALAR
Ermenek Barajından sağlanacak hidroelektrik enerjiler ve bunların en baĢtaki kazançları gerçekçi
bir yöntemle hesaplanmıĢ, en baĢtaki kazancın, güvenilir ve ikincil enerji birim fiyatlarına ve
iskonto oranına duyarlı olduğu somut bir biçimde gösterilmiĢtir. %95 ve %90 regülasyonlar ile
az da olsa bazı münferit aylarda su kısıntısı ortaya çıkmıĢ, bu yüzden klasik anlamda güvenilir
enerji geliri hesaplanamamıĢtır. Enerji kazançlarının en baĢtaki eĢdeğerinin maksimizasyonu
bakımından, hiç türbin debisi kısıntısı vermeyen ve dolayısıyla 46 yıllık iĢletme süreci boyunca
güvenilir enerji üreten %87 regülasyon optimum iĢletme olarak bulunmuĢtur.
Güvenilir ve ikincil enerji birim fiyatları için DSĠ teamülleri olarak adlandırılabilecek 6
sent/kWs ve 3.3 sent/kWs değerleri ve %9.5 iskonto oranı ile HES projelerinin fizibil olma
ihtimalinin düĢük olduğu, bunlar için daha gerçekçi olan 10 sent/kWs, 5 sent/kWs değerleri, ve
%7.5 değerlerinin kullanılmasının uygun olacağı kanaatine varılmıĢtır. Son yıllarda, stabil bir
biçimde reel faizin %3  %4 civarında bulunduğu ülkemizde, hidroelektrik enerji kazancı
hesaplarında iskonto oranının %7.5 olması, hatta %5‘e kadar küçük olması bile makul bir
değerdir. Bilindiği gibi, düĢük iskonto oranı, paranın bugünkü değerinin ilerdeki yıllarda az
küçülmesi ve dolayısıyla gelecek nesillere değer verilmesi, ve baraj ve HES gibi ilk yatırım
bedeli büyük olan faydalı projeler için yatırım yapmanın teĢvik edilmesi anlamına gelmektedir.
Tablo-3‘ten görülebileceği gibi, Ermenek Barajı örneğinde, 10 sent/kWs ve 5 sent/kWs birim
fiyatlar ile, %9.5 iskonto oranı için 46 yıllık ekonomik ömür baĢındaki eĢdeğer kazanç, 6
sent/kWs ve 3.3 sent/kWs birim fiyatlar ile sağlanan baĢtaki eĢdeğer kazançtan %64 daha fazla,
%7.5 iskonto oranı için ise %103 daha fazla bulunmuĢtur.
746
Ülkemizin birçok yerinde akıllı saat uygulamasına geçilerek, gün içinde, Türkiye Elektrik
Dağıtım Anonim ġirketi (TEDAġ) tarafından ‗gündüz‘ olarak tanımlanan sabah 6 ile 10 arası,
‗puant‘ olarak tanımlanan 17 ile 22 arası, ve ‗gece‘ olarak tanımlanan 22 ile 06 arası üç dönem
için üç farklı tarife uygulanmaktadır. Halen, müĢteri isteğine bırakılmıĢ olan, TEDAġ‘ın ‗Tek
Zamanlı‘ olarak tanımladığı ve bütün gün için sabit olan tarife uygulaması da devam etmektedir.
Günün pasif süreçlerindeki baz enerji talebinin kararlı halde sürekli çalıĢmak zorunda olan
termik santrallerden, ihtiyacın fazla olduğu süreçlerdeki taleplerin sabit baz tüketiminden
farklarının da HES‘ler tarafından üretilmesi optimum bir uygulamadır.
TEDAġ‘ın web sitesinden (www.tedas.gov.tr) görülebileceği gibi, akıllı saat ve tek zamanlı
tarifeler 2011 yılı ve önceki tarihler için belirlidir. Bu tarifeler, mesken, sanayi, hayır kurumları,
vakıflar, resmi okullar, sağlık kuruluĢları, Ģehit ve malul gazi aileleri, tarımsal sulama gibi, ve
teknik dağıtımda da ‗kendi Ģebekesini kullanan‘ gibi çok çeĢitli kategoriler için farklı olmaktadır.
TEDAġ‘ın, ‗2011 Yılı Fonsuz Tarifeler‘inin ‗Diğer Tüm Dağıtım Sistemi Kullanıcıları‘
kategorisinin vergiler hariç 2011 rayiçleri aĢağıdaki Tablo-4‘te sunulmaktadır:
Tablo 4. TEDAġ‘ın, ‗2011 Yılı Fonsuz Tarifeler‘inin ‗Diğer Tüm Dağıtım Sistemi Kullanıcıları‘
kategorisinin vergiler hariç 2011 tarifeleri (kuruĢ/kWs)
Tek Zamanlı
Gündüz (06–17)
Puant (17–22)
Gece (22–06)
MESKEN
: 17.17
: 15.89
: 27.64
: 7.44
SANAYĠ
13.73
13.63
24.70
5.66
Tablo-4‘teki TEDAġ‘ın meskenlere sunduğu vergi ve fonlar hariç tek zamanlı tarife 17.17
kuruĢ/kWs iken, akıllı saat uygulamasının ağırlıklı ortalaması da: (11/24)15.89 + (5/24)27.64
+ (8/24)7.44 = 15.52 kuruĢ/kWs olur. 1 ABD Doları = 1.6 TL olarak alınırsa, 15.52 kuruĢ = 9.7
senttir. Bunun kar marjının %30 olduğu varsayılsa, sisteme verilen enerji birim fiyatı = 7.5 sent
olur. Tek zamanlı tarifeyle bu değer: 8.3 senttir, ve bu rakamların ikisi de 3.3 sent‘ten de 5
sentten de büyüktür.
Bir HESin akıllı saat uygulamasının yaygın olduğu bir yöreye enerji verdiği varsayılsa, 17–22
saatleri arasında maksimum kapasitede çalıĢması, iĢletme hesabında belirlenmiĢ olan,
türbin(ler)den bırakılacak toplam su miktarının geri kalan kısmının da 06–17 saatleri arasında
verilip, gece kapalı kalması enerji kazancını maksimize edecektir. 22–06 (gece) sürecinde HESin
tamamen çalıĢmamasıyla güvenilir enerji üretimi sıfır olacak, fakat çalıĢtığı 16 saat esnasında
ürettiği enerjinin gün boyunca sağladığı toplam finansal kazancı konvansiyonel güvenilir enerji
kazancından çok daha fazla olacaktır. Dolayısıyla, maksimum türbin debi kapasitesi baraj aksına
gelen doğal akarsu ortalamasının 2.5 katı olan Ermenek Barajı örneğinde olduğu gibi, bir HES‘in
türbin debi kapasitesi yüksek tutulup, puant ve gündüz süreçlerinde büyük debiler verilip gece
kapatılarak, aylık toplamda ise yine %90‘lara yakın bir debi bırakılarak HES‘den sağlanan maddi
kazancın maksimum miktarda olması sağlanabilir.
Unutulmaması gereken önemli bir husus ise, türbin debileriyle gün içinde sıfırdan maksimum
kapasiteye değiĢimler, toplam 8 km‘lik betonarme tünel ve daha önemlisi yaklaĢık 1.1 km‘lik
cebri boruda, türbin vanalarında, ve türbin salyangozu içinde su darbesi (water hammer)
sorununun bulunmaması ile gerçekleĢebilir. Teorik olarak hidrolik türbin debisi ile saatlik
oynamalar yapılabilirse de, her halükarda etki edecek olan atalet kuvvetlerinin cebri sistemi
yoracağı ve dolayısıyla sık bakım gerektirebileceği gerçeği de göz ardı edilmemelidir.
747
KAYNAKALAR
1. Akpınar, A., Kömürcü, M.Ġ., Kankal, M., Önsoy, H. Development of hydropower energy in
two adjacent basins (northeast of Turkey). International Balkans Conference on Challenges of
Civil Engineering, BCCCE, 19-21 May, 2011, EPOKA University, Tirana, Albania, Proceedings
CD, Hydraulics, 2011.
2. Beard, L.R., Fredrich, A.J., Hawkins, E.F. Estimating Monthly Streamflows within a
Region,TP 18. Hydrologic Engineering Center, U.S. Army Corps of Engineers, Davis, CA, 1970.
3. BM Holding ve DSĠ. Ermenek Barajı ve HES. Devlet Su ĠĢleri Genel Müdürlüğü ve BM
Holding Inc. tarafından basılmıĢ 63 sayfalık tanıtıcı kitap, 2. Basım, Ankara, 2009.
4. Çukurova Elektrik A. ġ. Sır Dam and Hydroelectric Project, Water Potential and Power
Studies (Revision). Coyne et Bellier, Bureau d‘Ingenieurs Conseils, Paris, France, Aknil
Engineers Consultants, Ankara, Turkey, 1986.
5. DSĠ Ermenek Barajı ve Hidroelektrik Santralı Kesin Proje Paftaları (Ermenek Dam and
Hydropower Plant Final design Drawings, Volume 1). Electrowatt Enginering Ltd., Zurich ve
Dolsar Mühendislik Ltd. ġti., Ankara, 1999.
6. DSĠ Akım Rasat Kayıtları. Devlet Su ĠĢleri Genel Müdürlüğü, Ankara, 1962–2006.
7. DSĠ. AJANDA. Devlet Su ĠĢleri Genel Müdürlüğü, Ankara, 2009, 2010, 2011.
8. EĠE Akım Rasat Yıllıkları. Elektrik ĠĢleri Genel Müdürlüğü, Ankara, 1962–2006.
9. EĠE. Ağaçhisar Barajı ve HES için Fizibilite Raporu, Susurluk – Orhaneli Çayı Havzasındaki
Enerji Projeleri. Elektrik ĠĢleri Genel Müdürlüğü, Ankara, 2006.
10. Elliott, T.C., Chen, K., Swanekamp, R.C. Standard Handbook of Power Plant Engineering,
Section 7. Hydroelectric Power Stations, Second Edition. McGraw-Hill, New York, 1998.
11. Ermenek Consortium HEPP ERMENEK / TURKEY (Ermenek Barajı ve HES projesi
hakkında bilgi içeren kitapçık). BM Mühendislik ve ĠnĢaat A.S. (Leader) (www.bmmuh.com.tr),
Alpine Mayreder Bau GmbH, Pöyry Energy GmbH (Designer) (www.poyry.at) , Alstom Power
Austria AG, VA Tech Hydro GmbH, Voith Siemens GmbH&Co.KG, Devlet Su ĠĢleri Genel
Müdürlüğü, DSĠ (Owner) (www.dsi.gov.tr), 2006.
12. Grygier, J.C. and Stedinger, J.R. SPIGOT, A Synthetic Streamflow Generation Software
Package, User’s Manual, Version 2.7, School of Civil and Env. Engr., Cornell University,
Ithaca, New York 14853-3501, 2001.
13. Gulliver, J.S. and Arndt, R.E.A. Hydropower Engineering Handbook. McGraw-Hill, 1991.
14. Haktanır, T. Storage-Yield relationships for reservoirs by two different procedures. Journal
of Hydrology, 72(3-4), 245–259, 1984.
15. Haktanır, T. ve Çobaner, M. Bir barajın enerji üretimi için iĢletme modeli ve sulama amaçlı
barajlara sonradan türbin-jeneratör ilavesinin irdelenmesi. Uluslararası Sempozyum: Dünyada
Kalkınma için Su, 7-11 Eylül 2005, Ġstanbul, Türkiye, DSĠ Genel Müdürlüğü, Bildiriler Kitabı:
174-190, 2005.
748
16. Haktanır, T. and Çobaner, M. Feasibility of hydropower plant installation to existing
irrigation dams. Water International, IWRA, 32(2), 254–264, 2007.
17. HEC HEC-4 Monthly Streamflow Simulation, Generalized Computer Program. Hydrologic
Engineering Center, U.S. Army Corps of Engineers, Davis, CA, 1971.
18. Linortner, J., Zenz, G., Kohler, R. Ermenek Dam – Construction, Instrumentation and Start
of Impounding. Proceedings of 2nd National Symposium on Dam Safety – with International
Participation, Eskisehir, Turkey, 2009.
19. Ölçen, A.N. Molu Hidroelektrik Santralı Fizibilite Raporu. Molu ĠnĢaat, Enerji, ve Yapı
Endüstrisi A. ġ., Serdar Caddesi, 14/2, 38040 Kayseri, 1996.
20. PÖYRY. HPP ERMENEK (Türkçe ve Ġngilizce iki dilde Ermenek Barajı ve HES projesi
hakkında bilgi içeren broĢür). Pöyry, Ermenek Site Office, P.K. 27, Ermenek, Turkey, 2006.
21. ġentürk, F. Hydraulics of Dams and Reservoirs. Water Resources Publications, 1994.
22. USACE. Engineering Manual EM-1110-2-1701 Hydropower. US Army Corps of Engineers,
Washington, D.C., 20314-1000, 1985.
23. USBR Friction Factors for Large Conduits Flowing Full, Engineering Monograph No.7.
U.S. Bureau of Reclamation, 1977.BM Holding ve DSĠ. Ermenek Barajı ve HES. Devlet Su
ĠĢleri Genel Müdürlüğü ve BM Holding Inc. tarafından basılmıĢ 63 sayfalık tanıtıcı kitap, 2.
Basım, Ankara, 2009.
24. Yıldız, K. Hidroelektrik Santrallar Hesap Esasları ve Projelendirilmesi. Devlet Su ĠĢleri
Vakfı Yayın No: 1, Devlet Su ĠĢleri Matbaası, Ankara, 1992.
749
KÜÇÜK HES TASARIMINDA DEBĠ SÜREKLĠLĠK EĞRĠSĠNE
OLASILIKÇI YAKLAġIM
Bihrat ÖNÖZ
[email protected]
Volkan BĠRĠNCĠ
[email protected]
ÖZET
Hidroelektrik enerji üretimi iklime ve yağıĢ-akıĢ miktarına bağlı olarak artabilmekte veya
azalabilmektedir. Bununla birlikte, bu artıĢın ya da azalıĢın yağıĢlı, ortalama veya kurak
mevsimlerde ne kadar değiĢken olabileceği hidroelektrik santral tasarımı yapılırken göz önünde
bulundurulmayan bir durumdur. Bu çalıĢmada debi süreklilik eğrisine olasılıkçı yaklaĢımda
bulunularak yağıĢlı dönem, ortalama dönem ve kurak dönem debi süreklilik eğrileri
bulunmuĢtur. Ayrıca kabul edilen net düĢü yüksekliğine göre türbin seçimi yapılarak olasılıkçı
yaklaĢımla elde edilen debi süreklilik eğrileri ile enerji üretimi yapılmıĢtır. Üretilen enerji
miktarları ve türbin maliyetleri birbirleri ile ve tarihi debi süreklilik eğrisi ile karĢılaĢtırılarak
yorumlanmıĢtır.
Anahtar Kelimeler: Hidroelektrik enerji, debi süreklilik eğrisi, olasılık, tasarım debisi.
A PROBABILISTIC APPROACH TO FLOW DURATION CURVE FOR SMALL
HYDROPOWER PLANT DESIGN
ABSTRACT
Hydroelectric energy production may vary depending on the climate and rainfall-runoff
characteristics of the area. However, how much variance may occur during wet, average and dry
seasons is generally not considered in designing hydroelectric power plants. In this study, the
flow duration curves of wet, average and dry seasons are plotted by a probabilistic approach to
the flow duration curve. Also, turbine selection is made according to the net height of fall and
the energy production is calculated with the flow duration curves which are obtained by two
different probabilistic approaches mentioned above. The energy amounts and turbine costs,
which are obtained by the probabilistic approach, are compared with each other and the energy
amounts and turbine costs which are obtained by the historical flow duration curve.
Keywords: Hydropower plants, flow duration curve, probability, design discharge.
751
1.GĠRĠġ
Küçük hidroelektrik enerji santralleri hem ilk yapım maliyetinin diğer büyük projelere oranla az
olması ve kısa sürede inĢa edilebilmeleri hem de iĢletme masraflarının düĢüklüğü nedeniyle
küçük ve orta büyüklükteki yatırımcılar için ideal enerji yatırım seçeneğidir. Doğru öngörüler ve
tespitler yapıldığı takdirde bu maliyet ve masraflar daha da düĢebilmektedir, üretim süresi ve
miktarı artırılabilmektedir. Bu tespitler arasında ise Ģüphesiz en önemlisi tasarım debisidir.
Tasarım debisi, hidroelektrik enerji santrallerinin bütün elemanlarının (su alma yapısı, çökeltim
havuzu, isale hattı, yükleme odası, cebri borular, türbinler) boyutlarının belirlenmesinde en
önemli kriterdir ve tek baĢına proje maliyetini düĢürebilecek ya da artırabilecek ağırlığa sahiptir.
Diğer bir önemi ise enerji üretiminin alt ve üst sınırlarının belirlenmesinde seçilecek olan türbin
tipi ile birlikte önemli rol oynamasıdır.
Tasarım debisi ise santralin kurulacağı bölgeye ait debi süreklilik eğrisinden seçilecek olan
uygun zaman yüzdesine karĢılık gelen debinin tasarım debisi olarak seçilmesi ile gerçekleĢtirilir.
Bu çalıĢmada küçük hidroelektrik santrallerin tasarım debisinin seçiminde debi süreklilik
eğrisine olasılıkçı bir yaklaĢım uygulanmıĢ ve klasik debi süreklilik eğrisi ile karĢılaĢtırılarak
olasılıkçı yaklaĢımın enerji üretimine yansıyan sonuçları ele alınmıĢtır.
2.DEBĠ SÜREKLĠLĠK EĞRĠSĠ ĠLE ĠLGĠLĠ YAPILMIġ ÇALIġMALAR
Debi süreklilik eğrilerinin ilk kullanımı Clemens Herschel tarafından 1880 yılında
gerçekleĢtirilmiĢtir (Foster, 1934). Bunu Saville ve diğerleri (1933) tarafından Kuzey
Carolina‘da; Cross ve Bernhagen (1949) tarafından Ohio‘da yapılan çalıĢmalar izlemiĢtir. Bu
çalıĢmalara ek olarak Mitchell (1957), debi süreklilik eğrilerinin ölçüm yapılmıĢ, kısmen ölçüm
yapılmıĢ ve ölçüm yapılmamıĢ bölgelerde tahmini için yöntemler geliĢtirmiĢtir. Mitchell (1957)
ve Searcy (1959) debi süreklilik eğrilerinin elde edilmesi, yorumlanması ve uygulanması üzerine
bir çok araĢtırma yapmıĢlardır.
Debi süreklilik eğrilerinin hidroelektrik, su temini, sulama planlaması gibi hidrolojik
çalıĢmalarda kullanılması ise Chow (1964) ve Warnick (1984) tarafından savunulmuĢtur. Ayrıca
debi süreklilik eğrileri Maidment (1992) tarafından hidroelektrik enerji üretimi, Male ve Ogawa
(1984) tarafından atıksu arıtma tesislerinin projelendirilmesi ile ilgili değiĢkenler arasındaki
iliĢkilerin gösterilmesi, yine Maidment (1992) tarafından düzensiz akıma sahip nehirlerde
biriktirme kapasitesinin hesabı, Brown (1958) tarafından ise su taĢıma amacıyla inĢa edilen
akedüklerin kapasitesinin hesaplanması gibi konularda da kullanılmıĢtır. Debi süreklilik
eğrilerinin matematik modelleri ise Cığızoğlu (1997) tarafından elde edilmiĢtir.
Debi süreklilik eğrilerine parametrik modelle olasılıkçı yaklaĢım ise Claps ve Fiorentino (1997)
tarafından gerçekleĢtirilmiĢ ve bu yaklaĢımın hidroelektrik santral tasarımına olacak etkisi
Niadas ve Mentzelopulos (2007) tarafından ortaya konmuĢtur.
3.OLASILIKÇI DEBĠ SÜREKLĠLĠK EĞRĠSĠ
Bir tasarım problemine olasılıkçı yaklaĢım, o probleme ait önemli tasarım parametrelerinin
olasılıkçı ifadesine dayanır. Bu yaklaĢımda, küçük hidroelektrik santrallerin tasarım parametresi
tek bir debi büyüklüğünden daha fazla veriyi kapsamakta ve debi süreklilik eğrisinin sadece bir
parçasını değil tamamını göz önüne alınmaktadır. Ancak klasik debi süreklilik eğrileri böyle bir
yaklaĢıma izin vermemektedir (Niadas ve Mentzelopoulos, 2007).
Yıllık debi süreklilik eğrileri doğru bir yaklaĢımla dönüĢtürülürse istatistiksel gösteriminin
yapılabilir olduğu Vogel ve Fenessey (1994) tarafından gösterilmiĢtir. Bu yaklaĢımda, debi
süreklilik eğrisi bir hidrolojik yıl içerisinde tanımlandığından, N yıl için elde edilecek ve 365*N
veri büyüklüğünde tek bir debi süreklilik eğrisi yerine her biri 365 günlük akımları kapsayan N
adet debi süreklilik eğrisi elde edilebilmektedir. Bu yaklaĢım kullanılarak, akım verileri N adet
752
debi süreklilik eğrisine bölünür ve bu sayede çalıĢılacak bölgeye ait olasılıkçı bir model
kurulabilir. Bu çalıĢmada Claps ve Fiorentino (1997) tarafından özetlenen olasılıkçı bir
parametrik model kullanılmıĢtır.
Model günlük akımların lognormal dağılıma uyduğu kabulünü yapmaktadır. Lognormal
dağılımın günlük akım verilerine uygulanabilirliği daha önceden Fenessey ve Vogel (1990),
Kasparek (1990), Yevjevich (1984) tarafından yapılan çalıĢmalarla gösterilmiĢtir. Modelin genel
matematiksel ifadesi (3.1) denkleminde ifade edildiği gibi üç parametreli lognormal dağılım
(LN3) Ģeklindedir.
ln( Q - Q0 ) = a + b ×zu
(3.1)
Burada Q (m3/s cinsinden) günlük ortalama akım, Q0 (m3/s) akımın alt sınırını temsil eden
lokasyon parametresi, a ve b dağılımın parametreleri, zu ise standart normal değiĢkenin aĢılma
yüzdesidir. Ancak pratikte, sıfırdan farklı bir alt sınır bulmak özellikle Akdeniz‘e kıyısı olan
ülkelerde zor olduğu için, iki parametreli lognormal dağılım (LN2) kullanılmaktadır. Bununla
birlikte, yer altı akiferlerinden veya karstik kaynaklardan beslenen sularda bir alt sınır
belirlenebileceği için üç parametreli lognormal dağılım (LN3) kullanmak daha iyi bir seçim
olarak öne çıkmaktadır (Niadas ve Mentzelopoulos, 2007).
Kottegoda ve Rosso (1998) tarafından kullanılan lognormal dağılım teorisinden, lognormale
(LN) çevrilmiĢ dağılımın ilk iki parametresi (3.2) denkleminde verilmiĢtir.
(3.2)
a = ln( Qi ) , b = s[ln( Qi )] , i = 1, 2, ..., 365
Bu denklemde s, logaritması alınmıĢ akımların standart sapmasıdır ve bu denklem vasıtasıyla a
ve b parametrelerinin hesaplanması oldukça kolaydır. Ek olarak denklem (3.1) her yıla ait
günlük ortalama akımların farklı olması nedeniyle değiĢken olduğundan dolayı olasılıkçı debi
süreklilik eğrisinin genelleĢtirilmiĢ hali denklem (3.3) ile tanımlanabilir.
Y( F ) f = a f + b f ×zu( F )
(3.3)
(3.3) denkleminde kullanılan Y, ln(Q); F, n/(365+1); n, alınan Q debisinin yıl içerisinde eĢit ya
da küçük kaldığı gün sayısı; zu(F), standart normal değiĢken; f ise Y(F) büyüklüğünün yıllar
arasında aĢılmama olasılığı olarak tanımlanmaktadır.
Olasılıkçı debi süreklilik eğrisi a ve b parametrelerinin olasılık fonksiyonu olarak da
tanımlanabilir. Genellikle bu parametrelerin dağılımı normal dağılıma çok yakın bir dağılım
sergilemektedir. Bu durum yıldan yıla bağımsızlık kabulü yapılmıĢ olan değiĢken büyüklükleri
ile uyuĢmaktadır (Niadas ve Mentzelopoulos, 2007). a ve b parametreleri normal dağılıma
uyduğunu kabul edilerek (3.4) denklemi ile kolayca elde edebilir. Denklemdeki sa ve sb, ai ve
bi‘nin standart sapmaları; zu(F), standart normal değiĢken; N ise toplam yıl sayısıdır.
a f = a i + s a ( a i )×z u( F ) , b f = bi + s b ( bi )×z u( F ) , i = 1, 2, ..., N
(3.4)
Bir hidrolojik yıl içerisinde aĢılan ya da eĢit olunan debinin , çalıĢmanın yapıldığı hidrolojik
yıllar boyunca aĢılmama olasılığı olan akım, Q(F)f olarak gösterilebilir. Bu akım (3.5) denklemi
ile kolayca hesaplanabilir.
Q( F ) f = exp( a f + b f ×z u( F ) )
(3.5)
(3.5) denklemi aracılığıyla, seçilen aĢılmama olasılıkları f = 0.05, 0.50 ve 0.95 olmak üzere, üç
farklı debi süreklilik eğrisi çizilebilir. Bu olasılıkların sırasıyla kurak dönem, ortalama dönem ve
753
yağıĢlı dönemi temsil ettiği kabul edilebilir. Çizilen bu debi süreklilik eğrileri tarihi debi
süreklilik eğrisi ile karĢılaĢtırıldığında, olasılıkçı modellerin günlük ortalama akımlar gibi
yüksek çarpıklığa sahip veri tiplerinde son kuantili üretmede sorun yaĢamasından dolayı
yüzdelik zaman diliminin sonunda tarihi debi süreklilik eğrisi, olasılıkçı debi süreklilik
eğrilerinin belirlediği alt ve üst limitlerin dıĢına çıkabilir. Ancak, bu durum olasılıkçı debi
süreklilik eğrilerinin küçük hidroelektrik güç santrallerinin tasarımına uygulanmasında herhangi
bir sorun yaratmamaktadır (Niadas ve Mentzelopoulos, 2007).
4.UYGULAMA
4.1.Uygulama Alanının Tanıtılması
Uygulamada kullanılacak alan Doğu Anadolu Bölgesi, Malatya Ġli, Pütürge ilçesi sınırları içinde
ġiro Çayı‘nın üzerinde bulunmaktadır. Alana ulaĢım, Malatya merkez ile Tepehan‘ı birbirine
bağlayan karayolundan BaĢmezra yerleĢim birimine ayrılan yol üzerinden 3 km‘lik bir yolla
sağlanmaktadır. UlaĢım yolu stabilize olup her mevsim ulaĢıma açıktır. ġekil 4.1.‘de alanın
uydu görüntüsü yer almaktadır.
ġekil 4.1. Uygulama alanı uydu görüntüsü
Uygulama için seçilen ġiro Çayı yağıĢ alanı tamamen Doğu Anadolu ikliminin özelliklerini
taĢımaktadır. Yazları sıcak ve kurak, kıĢ ve bahar ayları ise soğuk ve yağıĢlı geçen karasal iklim
etkisi altındadır. Kotu 1000.00 m'nin üstünde olan yerler kıĢın kar ve buzlarla kaplıdır. Kar
yağıĢları ve don olayı sonbaharın sonundan Mart ayına kadar sürer. Kar örtüsünün yerde kalma
süresi normal olarak dört ayı bulur. Yaz baĢlarında hızlı bir sıcaklık artıĢı olur ve önemli yağıĢlar
görülür. En çok yağıĢ Nisan ve Mayıs aylarında olur. En kurak aylar ise Temmuz, Ağustos ve
Eylül'dür. Havzanın yağıĢ alanında Malatya meteoroloji istasyonları mevcuttur. Bu istasyonların
yıllık ortalama sıcaklık değeri 13.4°C'dir. Seçilen regülatör bölgesinin yağıĢ alanı ise 268.50
km2‘dir.
754
4.2.Uygulamada Seçilen AGĠ’nin Tanıtılması
Devlet Su ĠĢleri tarafından iĢletilen 21 no‘lu Fırat Havzası‘ndaki 21-211 no‘lu Sincik
Çayı/SırımtaĢ akım gözlem istasyonunun günlük akım verileri seçilen regülatör bölgesine en
yakın gözlem istasyonu olması nedeniyle kullanılmıĢtır. Ġstasyonun yağıĢ alanı 509.0 km2‘dir.
Ġstasyonun akım verileri 1970-2001 yılları arası için mevcuttur.
Ġstasyon verilerine ait istatistik parametreler Çizelge 4.1‘de verilmiĢtir.
Çizelge 4.1: 21-211 no‘lu akım gözlem istasyonu istatistik parametreleri.
Ġstatistik Parametreler
Ortalama (m3/s)
4.83
3
Medyan (m /s)
3.05
3
Standart Sapma (m /s)
5.11
DeğiĢim Katsayısı
1.06
Kurtosis
19.56
Çarpıklık Katsayısı
3.13
3
Minimum Değer (m /s)
0.01
3
Maksimum Değer (m /s)
89.44
Veri Uzunluğu
32 yıl
4.3.Ġstasyon Akımlarının Uygulama Alanına TaĢınması
Seçilen istasyon akımlarının hidroelektrik santral kurulması planlanan regülatör bölgesine
taĢınması yağıĢ alanları oran yöntemi ile gerçekleĢtirilmiĢtir. Bu yöntem (4.1) denklemi ile
gösterilebilir.
Aregülatör
Aistasyon
=
Qregülatör , i
Qistasyon, i
(4.1)
( i = 1, 2, ..., N )
Bu denklemde Aregülatör, regülator bölgesi yağıĢ alanı olan 268.50 km2; Aistasyon, 21-211 no‘lu
akım gözlem istasyonunun yağıĢ alanı olan 509.00 km2; Qistasyon,i ise 21-211 no‘lu istasyonun
i‘inci gün ortalama akımıdır. Qregülatör,i, denklemde aranan regülatör bölgesine ait akımlardır. N
ise istasyona ait ortalama akımların gün olarak uzunluğudur. TaĢınan akım verileri, Qistasyon,i
akımlarının denklem (4.1)‘deki alan oranına denk gelen 0.5275 ile çarpılmasıyla bulunmuĢtur.
4.4.Tasarım Debisinin Seçimi
Tasarım debisinin belirlenebilmesi için öncelikle debi süreklilik eğrisinin elde edilmesi
gerekmektedir. Elde edilen debi süreklilik eğrisinden, eğrinin lineerliğinin bozulmaya baĢladığı
nokta tasarım debisi olarak seçilebilir. Eldeki verilerde bu noktanın aĢılma olasılığı %10‘a denk
gelen debiye (Q10) eĢit olduğu görülmüĢtür.
4.4.1.Tarihi debi süreklilik eğrisinden tasarım debisinin seçimi
Seçilen bölgeye ait tarihi debi süreklilik eğrisinin elde edilme iĢlemi Bölüm 2‘de verildiği gibi
uygulanmıĢtır. Hesaplanan debi süreklilik eğrisi ġekil 4.2‘te verilmiĢtir.
755
ġekil 4.2. Tarihi debi süreklilik eğrisi
Tasarım debisi olarak tarihi debi süreklilik eğrisinde, lineerliğin bozulmaya baĢladığı nokta
olması nedeniyle, zamanın % 10‘unda var olan debi seçilmiĢtir. Bu debi büyüklüğü ise 10.67
m3/s‘dir.
4.4.2.Olasılıkçı debi süreklilik eğrilerinden tasarım debisinin seçimi
Bölgeye ait olasılıkçı debi süreklilik eğrisinin elde edilmesi iĢlemi Bölüm 3‘te anlatıldığı gibi
gerçekleĢtirilmiĢtir. Bu iĢlemin ikinci adımında (3.2) denklemleri yardımıyla her yıla ait a ve b
parametreleri bulunmuĢtur. Bulunan bu parametre değerleri Çizelge 4.2‘de verilmiĢtir.
Üçüncü adımda ise (3.4) denklemlerinden yararlanılarak olan af ve bf değerleri, % 5, % 50 ve %
95 aĢılmama olasılıklarına karĢı gelen kurak, ortalama ve yağıĢlı dönem için bulunmuĢtur.
Bulunan değerler Çizelge 4.3‘te verilmiĢtir.
YaklaĢımın dördüncü ve son adımında ise (3.5) denkleminden yararlanılarak hesaplanan af ve bf
değerleri, standart normal değiĢken zu(F) ile birlikte kullanılarak yağıĢlı, ortalama ve kurak
dönemler için debi süreklilik eğrileri çizilir. Eğriler ġekil 4.3‘te verilmiĢtir.
Tasarım debisi olarak her debi süreklilik eğrisinde zamanın %10‘unda var olan debi seçilmiĢtir.
Bu debi değerleri ise Çizelge 4.4‘te verilmiĢtir.
Çizelge 4.2. Her yıl için bulunan a ve b değerleri
Yıl
1970
1971
1972
1973
1974
1975
1976
1977
a
1.36
1.36
0.88
0.03
0.85
1.13
1.27
1.63
b
0.6
0.83
0.72
0.76
0.99
0.96
0.87
0.63
Yıl
1978
1979
1980
1981
1982
1983
1984
1985
a
1.47
1.09
1.74
1.78
1.68
0.92
1.32
0.88
b
0.62
0.64
0.82
0.83
0.58
0.87
0.72
0.95
Yıl
1986
1987
1988
1989
1990
1991
1992
1993
756
a
0.69
1.2
1.84
1.14
1.18
0.62
1.08
1.55
b
0.95
0.96
0.69
0.55
0.73
0.87
0.85
0.83
Yıl
1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
a
0.73
1.13
1.73
1.33
1.66
1.33
0.43
0.39
b
0.75
0.96
0.86
0.79
0.76
0.71
1.19
0.97
Çizelge 4.3. Bulunan af ve bf değerleri
a0.95 b0.95 a0.50
1.90 1.04 1.17
b0.50
0.81
a0.05
0.44
b0.05
0.57
Çizelge 4.4. Olasılıkçı yaklaĢımla elde edilen tasarım debileri
Tasarım Debisi
(m³/s)
YağıĢlı 25.34
Ortalama 9.05
Kurak
3.24
Dönem
ġekil 4.3. Olasılıkçı yaklaĢımla elde edilen debi süreklilik eğrileri
5.ENERJĠ ÜRETĠMĠ
Enerji üretimi sırasında yöntemler arası karĢılaĢtırmayı daha uygun hale getirmek için dört kabul
yapılmıĢtır. (1) Net düĢü 113.49 m‘dir. (2) Enerji üretimi sırasında eĢ güçlü 2 ana türbin ve
arızalanma durumunda kullanılmak üzere 1 yedek türbin kullanılmaktadır. (3) Türbin toplam
verimlilik katsayısı 0.90‘dır, (4) Francis türbin maliyeti kW baĢına 350 $, Pelton türbin maliyeti
ise bunun %25 fazlası olan kW baĢına 437.5 $‘dır. Kabul edilen net düĢüye göre seçilebilecek
türbin tipleri Francis veya Pelton olabilmektedir. Her iki türbin tipi için de gerekli hesaplar 32
yıllık süre boyunca yapılmıĢtır. Ek olarak, bu hesaplar yapılırken Francis türbinlerinin tasarım
debisinin %40‘ına denk gelen debiye kadar çalıĢabildiği, Pelton türbinlerinin ise tasarım
debisinin %10‘una denk gelen debiye kadar çalıĢabildiği göz önünde bulundurulmuĢtur. Ayrıca
çalıĢmada, elde bulunan veriler 2001 yılına kadar mevcut olduğu için 1992-2001 yılları
arasındaki akımlar kuyruk suyu (ekolojik debi) hesabında göz önünde bulundurulmuĢtur.
Buradan hesaplanan kuyruk suyu miktarı ise 0.494 m3/s olarak bulunmuĢtur.
5.1.Tarihi Debi Süreklilik Eğrisine Göre Enerji Üretimi
Tarihi debi süreklilik eğrisine göre enerji üretimi, yapılan düĢü kabulü gereği Francis ve Pelton
türbini ile incelenmiĢtir. Ġncelemenin sonuçları 5.1.1 ve 5.1.2 bölümlerinde yer almaktadır.
757
5.1.1.Francis türbini ile enerji üretimi
Francis türbini ile tarihi debi süreklilik eğrisine göre üretilen gücün zaman yüzdesine bağlı güç
süreklilik eğrisi ġekil 5.1‘de verilmiĢtir. Hesaplar sonucunda elde edilen bilgiler ise özet olarak
Çizelge 5.2‘de verilmiĢtir.
ġekil 5.1. Tarihi debi süreklilik eğrisine göre Francis türbini güç süreklilik eğrisi
5.1.2.Pelton türbini ile enerji üretimi
Pelton türbini ile tarihi debi süreklilik eğrisine göre üretilen gücün zaman yüzdesine bağlı güç
süreklilik eğrisi ġekil 5.2‘de verilmiĢtir. Hesaplar sonucunda elde edilen bilgiler ise özet olarak
Çizelge 5.2‘de verilmiĢtir.
ġekil 5.2. Tarihi debi süreklilik eğrisine göre Pelton türbini güç süreklilik eğrisi
5.2.Olasılıkçı Debi Süreklilik Eğrilerine Göre Enerji Üretimi
Olasılıkçı yaklaĢımla elde edilen debi süreklilik eğrilerine göre enerji üretimi, yapılan düĢü
kabulü gereği Francis ve Pelton türbini ile incelenmiĢtir. Ġncelemenin sonuçları 5.2.1 ve 5.2.2
bölümlerinde yer almaktadır.
758
5.2.1.Francis türbini ile enerji üretimi
Francis türbini ile olasılıkçı yaklaĢımla elde edilen yağıĢlıi ortalama ve kurak dönem debi
süreklilik eğrilerine göre üretilen gücün zaman yüzdesine bağlı güç süreklilik eğrileri ġekil
5.3‘te verilmiĢtir. Hesaplar sonucunda elde edilen bilgiler ise özet olarak Çizelge 5.2‘de
verilmiĢtir.
ġekil 5.3. Olasılıkçı debi süreklilik eğrilerine göre Francis türbini güç süreklilik eğrileri
5.2.2.Pelton türbini ile enerji üretimi
Pelton türbini ile olasılıkçı yaklaĢım kullanılarak elde edilen yağıĢlı, ortalama ve kurak dönem
debi süreklilik eğrilerine göre üretilen gücün zaman yüzdesine bağlı güç süreklilik eğrileri ġekil
5.3‘te verilmiĢtir. Hesaplar sonucunda elde edilen bilgiler ise özet olarak Çizelge 5.2‘de
verilmiĢtir.
ġekil 5.4. Olasılıkçı debi süreklilik eğrilerine göre Pelton türbini güç süreklilik eğrileri
759
5.3.Yöntemlerin KarĢılaĢtırılması
Seçilen yöntemlerin dönemlere göre enerji üretim yüzdeleri, türbin tipleri ve dönemlere göre
karĢılaĢtırma bilgileri, türbin tiplerine göre enerji üretim yüzdeleri, birbirlerine oranla enerji
üretim yüzdeleri ve maliyet açısından karĢılaĢtırılmaları çizelgelerde (Çizelge 5.1 ve Çizelge 5.2)
gösterilmiĢ ve yorumlanmıĢtır.
Çizelge 5.1. Türbin maliyetlerinin (milyon $) türbin tipleri ve yaklaĢım türüne göre değerleri
Olasılıkçı YaklaĢım
Francis Pelton
YağıĢlı Dönem 8.89 11.11
Ortalama Dönem 3.17 3.97
Kurak Dönem
1.14 1.42
Standart YaklaĢım
Francis Pelton
3.74 4.68
Çizelge 5.2. Olasılıkçı ve standart yaklaĢımların türbin tipleri ve dönemlere göre karĢılaĢtırılma
bilgileri
Olasılıkçı YaklaĢım
Türbin Tipi
Dönem
Kurulu Güç (kW)
Tasarım Debisi (Q10) (m³/s)
Yıllık Ort. Enerji (GWh/yıl)
Yıllık Ort. ÇalıĢma Günü
Standart YaklaĢım
Türbin Tipi
Kurulu Güç (kW)
Tasarım Debisi (Q10) (m³/s)
Yıllık Ort. Enerji (GWh/yıl)
Yıllık Ort. ÇalıĢma Günü
Pelton
YağıĢlı
25385.88
25.34
36.89
301.22
Francis
Ortalama Kurak YağıĢlı Ortalama Kurak
9071.98 3241.99 25385.88 9071.98 3241.99
9.05
3.24
25.34
9.05
3.24
31.10
17.13 26.76
29.48
17.10
354.09 354.09 115.59 258.94 346.28
Pelton
10690.34
10.67
32.83
354.09
Francis
10690.34
10.67
30.39
235.72
Çizelge 5.1 ve Çizelge 5.2 incelendiğinde Ģu yorumlara ulaĢılmıĢtır:
Pelton türbini kullanılarak üretilen enerji, Francis türbini kullanılarak üretilen enerjiden her
dönemde daha yüksek enerji üretimi sağlamaktadır (Çizelge 5.2). Bunun nedeni ise türbin tipleri
arasındaki çalıĢabilecekleri minimum debi oranıdır. Kurak dönemde fark olmamasının nedeni ise
gelen debinin azlığından dolayı kuyruk suyunun etkisinin büyümesi ve türbin çalıĢma aralığının
tamamının kullanılamamasıdır.
Pelton türbini kullanıldığında yıl içerisindeki çalıĢma günü Francis türbini kullanılmasına göre
daha fazladır (Çizelge 5.2). Bununla birlikte yağıĢlı dönem tasarım debisi ile proje
yapılmayacaksa diğer dönemlerde Francis türbini ile Pelton türbini arasında enerji üretimi
açısından büyük bir fark olmamasından dolayı Francis türbininin seçilmesi daha ekonomiktir.
Böylelikle türbin maliyeti Çizelge 5.1‘den de görülebileceği üzere %20 azalacaktır. YağıĢlı
760
dönem tasarım debisi kullanılacak ise Pelton türbininin seçilmesi optimum seçim olarak
görünmektedir.
Tarihi debi süreklilik eğrisi, olasılıkçı yaklaĢımla elde edilen ortalama dönem tasarım
debilerinden daha fazla enerji üretimi sağlamaktadır. Ancak enerji üretimleri arasındaki farklara
dikkat edildiğinde (Çizelge 5.2) olasılıkçı yaklaĢımla elde edilen ortalama dönem tasarım debisi
enerji üretimiyle önemsenmeyebilecek kadar küçük bir fark söz konusudur. Türbin maliyetleri de
birbirine oldukça yakındır (Çizelge 5.1).
Bu çalıĢmada, tarihi debi süreklilik eğrisine alternatif olarak olasılıkçı yaklaĢım yöntemi ele
alınmıĢ ve tarihi debi süreklilik eğrisiyle karĢılaĢtırılmıĢtır. Tarihi ve olasılıkçı yaklaĢımla elde
edilen debi süreklilik eğrileri aracılığıyla seçilen tasarım debilerinin küçük hidroelektrik santral
tasarımında türbin seçimine ve enerji üretimine olan etkisi incelenmiĢtir.
Bölüm 5.3‘te gösterilmiĢ olan çizelgeler ve yorumlar dikkate alınarak ortaya çıkan beĢ önemli
sonuç söz konusudur.
Bunlardan ilki, eğer yağıĢlı dönem debi süreklilik eğrilerinden elde edilen tasarım debileri
kullanılmayacak ise maliyet açısından en uygun olan türbin tipi Francis türbinidir. Francis türbin
kullanımıyla hem Pelton türbinine göre %20 daha az maliyet hem de arızalanma durumunda
yerli üretimden destek alınabilmesi söz konusu olabilecektir.
Ġkinci ve enerji sektörüne orta ölçekli firmaların da girebilmesini sağlayacak en önemli sonuç ise
olasılıkçı yaklaĢımla seçilen kurak dönem tasarım debisi ve Francis türbininin kullanımı hem iyi
bir enerji üretimi sağlanmaktadır hem de maliyetler önemli oranda düĢmektedir. Bu sayede
enerji sektörüne sadece büyük firmalar değil orta ölçekli firmalar da giriĢ yapabilecek ve sektör
daha da büyüyecektir. Ayrıca iklim değiĢikliğinin tartıĢıldığı günümüzde, kurak dönemlerde de
enerji üretimi sorun olmaksızın devam edebilecektir. Böylelikle hem iĢletmeyi yapan firma yıl
içerisinde daha çok çalıĢmıĢ olacak ve daha fazla enerji üretecek hem de çalıĢanlar yıl içerisinde
sürekli çalıĢabilecekleri bir iĢe kavuĢmuĢ olacaktır.
Üçüncü sonuç ise kurak dönem tasarım debisi ile yapılan enerji üretiminin güvenilir enerji (firm
enerji) olmasıdır. Güvenilir enerji üretmenin yararı, güvenilir enerjinin birim fiyatının güvenilir
olmayan (sekonder) enerjiden oldukça fazla olmasıdır. Bu sayede üretilen enerji, ortalama veya
yağıĢlı dönemle karĢılaĢtırıldığında daha az olmasına rağmen karlılığı fazladır. Bu da enerji
sektörünün geliĢimi ve büyümesi açısından oldukça önemli bir sonuçtur.
Sonuçlardan da anlaĢılabileceği gibi küçük (biriktirmesiz) hidroelektrik santral tasarımında
büyük debi seçimi çok büyük maliyet ortaya çıkarmaktadır. ÇalıĢmanın sonucunda
uygulanabilecek öneriler ise maliyetin azaltılması ve karlılığın artırılması için daha düĢük debi
olan kurak dönem debisinin seçilmesi ve güvenilir enerji üretimi sağlanması, ortalama dönem
veya kurak dönem debileriyle tasarım yapılacak ise hem maliyetinin az olması hem de bu
dönemlerde Pelton türbiniyle üretilen enerjiye çok yakın enerji üretimi yapabilmesi nedeniyle
Francis türbininin seçilmesi olarak ifade edilebilir. Böylelikle ülkemiz daha az maliyetli yoldan
temiz enerjiye ulaĢmıĢ olacak, en önemli doğal kaynaklarımızdan olan su en doğru Ģekilde
değerlendirilecek ve kurulacak bir çok hidroelektrik santral sayesinde istihdam artacaktır.
KAYNAKLAR
1. Birinci, V., 2010. ―Küçük Hidroelektrik Santral Tasarımı Ġçin Debi Süreklilik Eğrisine
Olasılıkçı YaklaĢım‖, Yüksek Lisans Tezi, Ġ.T.Ü., Ġstanbul.
761
2. Brown, G., 1958. Hydroelectric Engineering Practice, Blackie and Sons Ltd., London.
3. Chow, W.T., 1964. Handbook of Applied Hydrology, McGraw-Hill, New York.
4. Cığızoğlu, H.K., 1997. ―Debi Süreklilik Çizgisinin Matematik Modelleri‖, Doktora Tezi,
Ġ.T.Ü., Ġstanbul.
5. Claps, P., Fiorentino, M., 1997. ―Probabilistic Flow Duration Curves for Use in
Environmental Planning and Management‖, In: Harmancioglu et al (eds) Integrated Approach to
Environmental Data Management Systems, NATO-ASI series 2(31):255-266, Kluwer
Dordrecht, The Netherlands.
6. Cross, W.P., Bernhagen, R.J., 1949. ―Flow Duration, Ohio Streamflow Characteristics‖, Bull.
10, Part 1, Ohio Dept. of Natural Resour. Div. of Water, Ohio.
7. Fennessey, N., Vogel, R.M., 1990. ―Regional Flow Duration Curves for Ungauged Sites in
Massachusetts‖, J Water Resour. Plan. Manage. (ASCE) 116(4):530-549.
8. Foster, H.A., 1934. ―Duration Curves‖, ASCE Trans., 99, 1213-1267.
9. Kasparek, L., 1990. ―Correlation Analysis of Distribution Characteristics of Mean Daily
Discharges and Morphological Watershed Characteristics‖, In Molnar L (ed) Hydrology of
Mountainous Areas, IAHS publ. No. 190, p101-106, IAHS Press, Wallingford.
10. Kottegoda, N.M., Rosso, R., 1998. Statistics, Probability and Reliability for Civil and
Environmental Engineers, McGraw-Hill, New York.
11. Maidment, D.R., 1992. Handbook of Hydrology, McGraw-Hill, New York.
12. Male, J.W., Ogawa, H., 1984. ―Tradeoffs in Water Quality Management, Journal of Water
Resources Planning and Management‖, ASCE, Vol. 110, No.4, pp.434-444.
13. Mitchell, W.D., 1957. Flow Duration Curves of Illinois Streams, Illinois Dept. of Public
Works and Buildings, Division of Waterways, Illinois.
14. Niadas, I.A., Mentzelopoulos, P.G., 2007. ―Probabilistic Flow Duration Curves for Small
Hydro Plant Design and Performance Evaluation‖, Water Resour Manage 22:509-523.
15. Saville, Thorndike, Watson, J.D., 1933. ―An Investigation of the Flow Duration
Characteristics of North Carolina Streams‖, Trans., Am. Geophys. Union, 406-525.
Searcy, J.K., 1959. ―Flow-Duration Curves‖, Water Supply Paper 1542-A, U.S. Geological
Survey, Reston Virginia.
16. Vogel, R.M., Fennessey, N.M., 1994. ―Flow Duration Curves. I: New Interpretation and
Confidence Intervals‖, J. of Water Resources Planning and Management, Vol. 120, No. 4, 485504.
17. Warnick, C.C., 1984. Hydropower Engineering, Prentice-Hall, Inc., Englewood Cliffs, New
Jersey.
18. Yevjevich, V., 1984. Structure of Daily Hydrologic Series, Water Resources Publications,
Colorado.
762
SU YÖNETĠMĠ
YERALTISUYU HĠDROLĠĞĠNĠN ĠġLETME EKONOMĠSĠNE ETKĠLERĠ
Ahmet Hamdi SARGIN
DSĠ, Jeoteknik Hizmetler ve Yeraltısuları Dairesi BaĢkanlığı, ANKARA
[email protected]
ÖZET
Hidrolik bir yapı olan sondaj kuyuları inĢasının sondaj tekniğine, pompalama deneyleri ve deney
sonuçlarının değerlendirmelerinin ise kuyu hidroliği prensiplerine uygun yapılması halinde
yeraltısuyu taĢıyan formasyonlardan suyun ekonomik ve emniyetli olarak kullanılması
sağlanmaktadır.
Görünmez kaynak olan yeraltısuyu kaynaklarından istifade edilebilmesi için yeraltısuyunun
ekonomik olarak yüzeye çıkarılması esastır. Suyun yüzeye çıkarılmasında kullanılan
motopompların kuyuya monte edileceği derinlik ile enerji giderleri arasından doğrudan iliĢki
bulunmaktadır. Enerji giderleri ise iĢletme giderleri içinde önemli bir paya sahiptir. Bu nedenle
ekonomi prensipleri çerçevesinde, pompa montaj derinliğinin hesabı önem kazanmakta olup
yapılan iĢletmenin rantabilitesini doğrudan etkilemektedir.
Bu çalıĢmada pompa montaj derinliğinin enerji giderlerini ne ölçüde etkilediği açıklanmaya
çalıĢılmıĢtır.
IMPACTS OF WELL HYDRAULICS ON GROUNDWATER
OPERATION ECONOMICS
ABSTRACT
Economic and safe use of waters in the groundwater bearing formations can be ensured in case
drilling wells as a kind of hydraulic structures are constructed in compliance with drilling
techniques, and pumping tests, as well as evaluation of pumping test results are carried out
according to the well hydraulic principles.
In order to get benefit from these invisible water resources lie under the ground, it is necessary to
abstract them to the surface. Energy costs are directly related with the depth at which pumps
used for water abstraction are mounted to the wells. And, energy costs have a substantial share
within the operation costs. For this reason, calculation of the manometric head (Hm), which
directly contributes rantability and productivity of the operation, has been increasing importance.
In this study, the extent of the impact of manometric head on the energy costs is tried to be
explained.
Keywords: Groundwater, pumping test, manometric head, energy cost.
765
1.KUYU ĠNġAASI
Kuyunun açılması, teçhiz-filtre borularının indirilmesi, çakıllanması, yıkanması ve geliĢtirilmesi
iĢlemlerinin tamamı sondaj tekniği kapsamında değerlendirilmektedir. Kuyu veriminin
arttırılması için akiferin tamamının penetre edilmesi, kuyuya yeterli su giriĢinin sağlanabilmesi
için filtre boyu ve açıklıklarının tespit edilmesi ve kuyuya montajı yapılacak pompanın çapına ve
montaj derinliğine göre kuyu-teçhiz çapının belirlenmesi esastır.
1.1.Kuyu Derinliği
Kuyu inĢasında temel amaçlardan birisi akiferi tam olarak penetre edip alınacak debi miktarını
arttırmaktır. Çünkü debi, penetre edilen akifer kalınlığı ile doğru orantılıdır.
Ayrıca kuyu hidroliği çalıĢmalarında akiferden kuyuya su giriĢi yatay olarak kabul edildiğinden
akifer tam penetre edilmelidir.
1.2.Filtreleme
Kuyu projesi belirli bir debiye göre yapılır ve kuyu teçhizi de bu debi miktarına uygun olacak
Ģekilde gerçekleĢtirilmelidir. Kuyu teçhiz edilirken dikkat edilecek husus filtre çapı, açıklığı ve
filtre boyunun dikkatli bir Ģekilde hesaplanmasıdır.
Kuyuya su giriĢi filtreler vasıtası ile gerçekleĢeceğinden projelendirilen debi miktarının temini
için filtre açıklıklarının yüzey alanı önemlidir. Filtre çapı ve tipine göre açıklıklar farklılık
göstermekte olup Tablo 1‘de belirtilmiĢtir. Tablo 1‘de 1 metre filtre boyu için açıklık alanı ve
yüzdeleri verilmiĢtir. Bu tablo yardımı ile gereken filtre boyu miktarı hesaplanmaktadır.
Tablo 1. Devlet Su ĠĢleri (DSĠ) tipi filtre açıklıkları ve yüzdeleri
Çap (inç)
8 (A tipi)
8 (B tipi)
10 (A tipi)
10 (B tipi)
12 (A tipi)
12 (B tipi)
Açıklık (cm2/m)
518
945
893
1 708
726
1 256
Açıklık (%)
7.5
13.5
11.0
20.0
7.2
13.8
Bir kuyudan 20 litre/s debi elde etmek istenildiği zaman kullanılması gereken filtre boyunun
hesabı için bir örnek aĢağıda verilmiĢtir:
Qf = V * A
(1)
Formülde;
V
A
=
=
kuyuya su giriĢ hızı ( ~ 3 cm/s)
filtre açıklık alanı (cm2) dır.
Tablo 1‘de belirtildiği gibi 8 inç A tipi filtrede açıklık alanı 518 cm2 ‗dir.
Qf = 3 * 518 = 1 554 cm3 /s = 1.554 litre/s
Böylece 1 metre filtre boyunca kuyuya 1.554 litre/s su giriĢi gerçekleĢir.
766
Lf = Q / Qf
(2)
Formülde;
Lf
Qf
Q
=
=
=
filtre boyu (m)
filtre verimi (litre/s/m)
kuyu verimi (litre/s) dir.
Lf = 20 / 1 554 = 12.87 metre
20 litre/s debi elde etmek için gereken filtre boyu en az 12.87 metre olmalıdır.
1.3.Kuyu Çapı
Bir kuyu inĢa projesinde kuyu çapını belirleyen en önemli etken projelendirilen debiyi temin
etmek için kullanılacak motopompun çapıdır. Debi miktarı ve pompa montaj derinliği arttıkça
pompanın çapı artmaktadır. Dolayısıyla kuyu çapını belirlerken kuyudan alınacak debinin ve
pompa montaj derinliğinin iyi tahmin edilmesi gerekmektedir. Aksi takdirde istenilen debiyi
almak için gereken pompa kuyuya sığmayabilir.
Pompa dıĢ çapı ile teçhiz çapı arasında 2 inç boĢluk olması tercih edilmektedir.
2.POMPALAMA DENEYĠ
Pompaj yapılan kuyuda veya varsa gözlem kuyusunda pompaj devam ederken su seviyesinin
zamanla değiĢiminin gözlenmesine pompalama deneyi denir. Değerlendirmede seçilen
yöntemlerin akiferin doğal yapısına uygun olması, sağlıklı sonuçlar elde edilmesi açısından
önemlidir. Bir pompalama deneyi noktasal gözlem olmasına rağmen oldukça büyük bir bölgeyi
temsil eden güvenilir sonuçlar vermektedir. Pompalama deneyinin amaçları aĢağıda verilmiĢtir:
2.1.Akifer Özelliklerinin Belirlenmesi
1. Akiferin hidrolik katsayıları (geçirgenlik, iletkenlik ve depolama katsayıları)
2. Akiferin geometrik yapısı (pozitif, negatif sınır Ģartları)
3. Akiferin kayıpları (akımdan dolayı oluĢan kayıplar)
2.2.Kuyu Özelliklerinin Belirlenmesi
1. Kuyu kayıpları (çakıllama, filtreleme kayıpları)
2. Debi-düĢüm ve zaman-düĢüm iliĢkilerinin tespiti
3. Tesir yarıçapının belirlenmesi (düĢüm konisinin belirlenmesi)
2.3.Kuyulara Uygun Pompa Seçimi (Hm Tespiti Ġle Pompa Seçimi Ve Trafo ĠnĢası)
Bir kuyuda belirli bir debi ile pompaj yapılırsa kuyu civarında su seviyesi düĢer. En düĢük seviye
kuyu içindedir. Kuyudan uzaklaĢtıkça düĢüm miktarı azalır ve belirli bir mesafeden sonra düĢüm
sıfır olur. Suyun kuyu içine akmasını sağlayan kuvvet, kuyu içindeki ve kuyu dıĢındaki su
seviyeleri arasındaki basınç farkıdır. Akiferin her doğrultusundan kuyuya doğru gelen akım aynı
merkezli silindir yüzeylerinden geçerek kuyuya girerler. Bu silindir yüzeyleri kuyuya yaklaĢtıkça
küçülürler. Kuyudan çekilen debi sabit olduğuna göre silindir alanı küçüldüğünden suyun hızı
artar. Böylece pompaj esnasında kuyuya yaklaĢtıkça eğimi artan ve ters bir koniye benzeyen su
767
yüzeyine düĢüm konisi denir. Pompaj yapılan her kuyu etrafında bu koni meydana gelir (ġekil
1). Ancak bu düĢüm konisinin Ģekli ve boyutu pompaj debisine, pompaj süresine, akiferin
hidrolik karakteristiklerine, yeraltısuyunun eğimine ve kuyu tesir sahası içinde bulunan beslenme
ve boĢalım iliĢkisine bağlı olarak değiĢir. Kuyunun beslenmesi pompaj debisine eĢit olduğu
zaman düĢüm konisi dengeye ulaĢır.
ġekil 1. Pompaj kuyusu
Ġletkenlik katsayısı küçük olan akiferlerde düĢüm konisi yayılımı az fakat derinliği fazladır
(ġekil 2-a). Ġletkenlik katsayısı büyük olan akiferlerde ise koni geniĢ alana yayılır fakat derinliği
az olur (ġekil 2-b). Bir pompalama deneyi noktasal gözlemler olmalarına rağmen büyük bir
bölgeyi temsil eden güvenilir sonuçlar verir.
ġekil 2. Ġletkenlik katsayısının düĢüm konisi ile iliĢkisi
768
Tekniğine uygun olarak inĢa edilmiĢ bir kuyudan yeraltısuyunun ekonomik olarak alınması
pompanın montaj edileceği derinlik ile iliĢkilidir. Pompa montaj derinliği arttıkça elektrik
maliyetleri de artacak dolayısıyla iĢletme rantabilitesi düĢecektir.
Bu sebeple akifer
karakteristikleri ve pompa montaj derinliğinin tespit edilmesi için pompalama deneylerinin
güvenilir yapılması oldukça önemlidir.
2.4.Pompalama Deneylerinin ÇeĢitleri
Pompalama deneyine baĢlamadan önce kuyu inĢasının tamamlanmıĢ olması gerekmektedir.
Özetle kuyu akiferi tam olarak penetre etmiĢ, gerektiği hallerde teçhiz ve çakılama iĢlemi
yapılmıĢ, yıkama ve inkiĢaf ile kuyu iyi bir Ģekilde temizlenmiĢ olmalıdır. Sondaj kuyusunda su
çekimi gerçekleĢtirilirken meydana gelen seviye düĢümleri sondaj kuyusuna belirli mesafede
açılan gözlem kuyusunda ölçülmelidir.
2.4.1.Sabit debili pompalama deneyi
a. Sabit debili düĢüm deneyi
Deney süresince debi sabit tutularak belirli zaman aralıkları ile su seviyesi ölçülür. Bu deney ile
akifer karakteristikleri ve sınır Ģartları tespit edilebilmektedir.
b. Sabit debili yükselim deneyi
Kuyudan su çekimi durdurulduktan sonra belirli zaman aralıkları ile su seviyesindeki yükselim
değerleri ölçülür.
2.4.2.Kademeli pompalama deneyi
Kademeli pompalama deneyi ile kuyunun randımanı belirlenebilmektedir. Deneye belirli bir debi
ile pompaja baĢlanır ve düĢümün sabitlendiği veya ölçülemediği zamana kadar pompaja devam
edilir. Bu anda debi iki katına çıkarılır ve tekrar düĢümün sabitlendiği veya ölçülemediği zamana
kadar pompaja devam edilir. Bu iĢlem en az 3 olmak üzere genelde 4 kademe olarak yapılır.
2.4.3.Akım deneyi (akan artezyen akiferlerde)
a. Sabit debili düĢüm deneyi
Kuyu vanası kapatılarak su seviyesi ölçülür. Sonra çıkıĢ vanası açılarak suyun akıĢı temin edilir.
DüĢüm sabit tutulur. Böylece değiĢen artezyen debi ölçülür.
b. Sabit debili akım deneyi
Su seviyesi tespit edildikten sonra çıkıĢ vanası açılarak uygun debi seçilir. Vana ile debi sabit
tutulur. Su seviyesindeki değiĢimler ölçülür.
3.POMPALAMA DENEYĠ DEĞERLENDĠRMELERĠ
Pompalama deneylerinden sağlanan verilerin değerlendirilmesi ile akifer karakteristikleri
saptanmaktadır. Veriler değerlendirilirken akifer tipi ve akım türü dikkate alınarak, bu özelliklere
özgü analiz yöntemi uygulanmalıdır
769
3.1.Akifer Tipleri
Yeraltında su taĢıyan ve bu suyu yeterli miktarlarda iletebilen formasyonlara akifer denir.
Tanımından da anlaĢılabileceği gibi, akiferlerin suyu depolama ve iletme gibi iki temel özelliği
vardır ve bu özellikler akiferi oluĢturan malzemenin taneleri arasındaki boĢluklarda (gözenek)
gerçekleĢir.
Serbest bir akifer, kısmen su ile doygun olan geçirimli bir tabaka ile bunun altına gelmiĢ olan
geçirimsiz bir tabakadan oluĢur. Bunun üst sınırı, atmosfer basıncı altındaki serbest su
yüzeyinden oluĢur. Basınçlı akifer ise alttan ve üstten geçirimsiz birimlerle sınırlandırılmıĢ,
tamamen doygun akiferlere, basınçlı akifer denir.
Serbest ve basınçlı akiferlerde denge Ģartları formüllerini çıkarırken kabul edilen genel
varsayımlar aĢağıda belirtilmiĢtir:
1. Akifer belirgin biçimde sonsuz bir yayılıma sahiptir,
2. Akifer homojen, izotrop ve pompalama deneyinden etkilenen bölgede üniform kalınlıktadır,
3. Pompajdan önce piezometrik veya serbest yüzey pompajdan etkilenen bölgede hemen hemen
yataydır,
4. Akifer sabit bir debi ile pompalanır,
5. Pompaj kuyusu akiferin bütün kalınlığınca açılmıĢtır ve kuyuya su bütün akifer kalınlığından
yatay bir akımla girer.
Tabiatta serbest ve basınçlı akiferlerin yanı sıra yarı basınçlı ve gecikmiĢ debili akiferlerde
bulunmaktadır. Bunların hesaplamaları değiĢik yöntemlerle olmaktadır. Bir veya daha fazla
doğrusal beslenme sınırlı akiferler, bir veya daha fazla doğrusal beslenme veya geçirimsiz sınırla
sınırlı akiferler, anizotrop akiferler, kama Ģeklinde akiferler, eğimli akiferler, değiĢik debi ile
pompalanan akiferler, kısmen delinmiĢ akiferler, geniĢ çaplı bir kuyu ile pompalanan akiferler ve
iki tabakalı yarı basınçlı akiferlerde daha önce belirtilen varsayımlar gerçekleĢmediği için
yapılan pompalama deneylerinde akifer tipi ve akım türünün kendine özgü analiz yöntemi
uygulanmalıdır.
3.2.Akım Türleri
Ġki tür akım (rejim) vardır: Kararlı akım (permanan akım, dengeli akım) ve kararsız akım
(permanan olmayan akım, dengesiz akım).
Bir kuyudan çekilen debi ile akiferden kuyuya giren debi eĢit olduğu zaman gözlenen akım
kararlı veya dengeli akımdır. Kararsız veya dengesiz akım pompajın baĢlangıcı ile kararlı akıma
eriĢildiği an arasında meydana gelir.
3.3.Akifer Karakteristikleri Hesabı
Depolama ve transmissibilite (iletkenlik) katsayıları akiferin önemli hidrolik karakteristikleridir.
Bu karakteristikler arazide yapılan pompalama deneylerinden sağlanan verilerin
değerlendirilmesi ile saptanmaktadır. Depolama katsayısı birim kesitli bir akifer yüzeyinden, bu
yüzeye dik olarak birim hidrolik yük değiĢmesi sonucu depolanan veya serbest hale geçen su
miktarıdır. Ġletkenlik katsayısı ise birim kesitli akifer kalınlığından birim zamanda birim hidrolik
eğim altında geçen su miktarıdır.
Depolama katsayısı akiferden ne kadar suyun drenaj veya pompajla alınabileceğini, iletkenlik
katsayısı ise akiferde ne kadar suyun hareket edeceğini gösterir.
770
Sağlıklı bir Ģekilde pompa montaj derinliğinin saptanması için bu karakteristiklerin hassas olarak
hesaplanması esastır.
4.POMPA MONTAJ DERĠNLĠĞĠNĠN ELEKTRĠK MALĠYETLERĠNE ETKĠSĠ
Kuyuya pompanın monte edileceği derinliğin (Hm) belirlenmesinde pompalama deneylerinde
elde edilen değerler kullanılmaktadır. Bu sebeple pompalama deneylerine gösterilen hassasiyet
ve elde edilen değerlerin güvenirliliği ile akifer tipine ve akım türüne uygun değerlendirme
metodunun seçimi çok önemlidir. Gerek pompalama deneyinde gerekse verileri değerlendirme
metodunun belirlenmesinde yapılabilecek hatalar, pompanın montaj edileceği derinliği
etkileyeceğinden kullanılacak elektrik maliyetleri artacak ve bu da ekonomik kayıplara yol
açacaktır. Bu konuda aĢağıda çeĢitli örnekler verilmiĢtir.
Tablo 2 ‗de bir sulama kooperatifine ait 25 litre/s debili bir kuyuda pompanın 51 ve 52 metreye
monte edilmesi halinde enerji giderleri gösterilmektedir. Tablodan da görüleceği üzere pompa
montaj derinliğinin 1 metre artması, pompa gücünde 8 kW artıĢa yol açacaktır. Tarımsal
sulamada elektriğin 1 kW/h fiyatı (2011 yılı) 0,236 lira olduğunda göre 1 metrelik pompa montaj
derinliği artıĢı bir kuyu için enerji giderinde yaklaĢık 3.000 lira (% 40) artıĢa neden olacaktır.
Tablo 2. Pompa montaj derinliği ile enerji gideri arasındaki iliĢki
Debi
(litre/s)
ÇalıĢma
saati
Hm
(m)
Pompa
gücü (kW)
Kullanılacak
enerji
(kWh)
Enerji gideri
(TL)
25
1.500
51
22
33.000
7.788
25
1.500
52
30
45.000
10.620
Q= 30 litre/s debili bir pompa için pompa montaj derinliğinde 1 metrelik bir artıĢ ise yaklaĢık
3.500 lira ilave elektrik ücretinde artıĢa yol açmaktadır (Tablo 3).
Tablo 3. Pompa montaj derinliği ile enerji gideri arasındaki iliĢki
Debi
(litre/s)
ÇalıĢma
saati
Hm
(m)
Pompa
gücü (kW)
Kullanılacak
enerji
(kWh)
Enerji gideri
(TL)
30
1.500
87
45
67.500
15.930
30
1.500
88
55
82.500
19.470
Tablolardan da görüleceği gibi pompanın kuyuda monte edileceği derinliğin artması elektrik
maliyetlerine yansıyacaktır. Buradan da pompalama deneyi gerçekleĢtirilirken ölçümlerin
hassasiyetle yapılmasının ve değerlendirme metodunun akifer tipine ve akım türüne uygun
olarak seçilmesinin önemi bir kez daha ortaya çıkmaktadır.
771
5.SONUÇLAR
Ülkemizde 01.01.2011 tarihi itibarı ile yapılmıĢ olan hidrojeolojik etütler sonucunda 13.66
km3/yıl yenilenebilir yeraltısuyu rezervi tespit edilmiĢtir. Bu rezervin 7.2 km3/yıl‘ı sulamalara
tahsis edilmiĢtir. Yeraltısuyu potansiyelinin % 53‘ünün sulamalara ayrılması sulamalarda
yeraltısuyunun önemini göstermektedir.
01.01.2011 tarihi itibarı ile 13.242 adet DSĠ tarafından açılmıĢ olan kuyu ile yaklaĢık 550.000 ha
alan yeraltısuyudan sulanmaktadır. Yukarıdaki örnekte bir kuyuda 1 metrelik pompa montaj
derinliğinin artmasının yaklaĢık 3.000 lira ilave enerji gideri ödemesine yol açtığı düĢünülürse
DSĠ tarafından açılan ve gerçek-tüzel kiĢilerin 167 sayılı yasa kapsamında ―Yeraltısuyu
Kullanma Belgesi‖ alarak gerçekleĢtirdiği sulamalarda göz önüne alındığında ilave enerji
giderleri daha büyük rakamlara ulaĢacaktır.
Konya-Çumra-Ġçeriçumra Sulama Kooperatifine ait 5015 hektar arazi, iĢletmede olan 96 kuyu ile
sulanmaktadır. Sulama kooperatifinin 2010 yılı bütçesinde enerji gideri 1.155.000 lira olup bu
gider bütçenin yaklaĢık % 60‘ını teĢkil etmektedir. Bu da enerji giderlerinin kooperatif
bütçelerinde önemli yer tuttuğunu göstermektedir.
Gerek pompalama deneyinde gerekse değerlendirme metodunun belirlenmesinde yapılabilecek
hatalar, pompanın montaj edileceği derinliği etkileyeceğinden kullanılacak elektrik maliyetleri
artacak ve ekonomik kayıplara yol açacaktır.
Buradan da pompalama deneyi gerçekleĢtirilirken ölçümlerin hassasiyetle yapılması ve
değerlendirme metodunun akifer tipine ve akım türüne uygun olarak seçilmesi gerekliliği bir kez
daha ortaya çıkmaktadır.
KAYNAKLAR
1. De Wiest R. J., 1967, Geohydrology.
2. Dilek R.,1988, Hidrojeolojide Pompaj Deney Verilerinin Analizi ve Değerlendirmesi.
3. DSĠ, 1970, Yeraltısuyu Hidroliği Notları.
4. Erguvanlı K. ve Yüzer E., 1984, Yeraltısuları Jeolojisi.
5. Freeze R. A. and Cherry J. A., 1979, Groundwater.
6. GümüĢay E. ve Rüma M.M., 1991, Su Sondajı Eğitim Programı.
7. Karaaslan F., 1967, Kuyu Hidroliği.
8. Nadi N., 1972, Pompalama Deneyleri ve Değerlendirmeleri Hakkında Genel Bilgiler.
772
DSĠ TARAFINDAN ĠNġAA EDĠLEN DEPOLAMALI VE DEPOLAMASIZ
SULAMA-DRENAJ ġEBEKELERĠNĠN HEKTAR MALĠYETLERĠNĠN
DEĞERLENDĠRĠLMESĠ
Erdoğan DOĞAN
DSĠ Genel Müdürlüğü, ANKARA
[email protected]
ÖZET
Bu çalıĢmada, depolamalı (baraj, gölet) ve depolamasız sulama drenaj Ģebekelerinin hektar
maliyetlerinin değerlendirilmesi yapılmıĢtır. Devlet Su ĠĢleri Genel Müdürlüğü (DSĠ) tarafından
inĢaatı yapılmıĢ ve kesin hesabı bağlanmıĢ sulama projeleri dikkate alınmıĢtır. Bütün
dokümanlar DSĠ Bölge Müdürlüklerinden temin edilmiĢtir. Sulama-drenaj Ģebekelerinin 2010
Yılı Birim Fiyatları dikkate alınarak hektar maliyetleri hesaplanmıĢtır. Sulama drenaj Ģebekesi
hektar maliyetleri sulama Ģebekesi tipine (açık kanal, kanaletli ve borulu) ve Ģekline (cazibeli,
pompajlı) göre ayrı ayrı hesaplanmıĢtır.
Anahtar Kelimeler: Sulama ve drenaj, hektar maliyet, açık kanal sulama, kanaletli sulama,
borulu sulama.
ECONOMIC EVALUATION OF UNIT AREA COST (HECTARE’S COST) HAS BEEN
PERFORMED FOR IRRIGATION AND DRAINAGE SYSTEMS WITH STORAGE
AND WITHOUT STORAGE
ABSTRACT
In this study, the economic evaluation of unit area cost (hectare‘s cost) has been performed for
irrigation and drainage systems with storage (dams or small dams) and without storage. All
irrigation projects have been constructed by State Hydraulic Works (SHW) and final payment
has been paid to contractors. All documents were provided from the Regional Directorates of
State Hydraulic Works (SHW). Cost analysis of the irrigation and drainage systems has been
performed by using 2010 year‘s unit price. Unit area costs for irrigation and drainage systems
were calculated according to the type of irrigation and drainage systems (open channel, canalette
and pipe) and water supplying systems (gravitation, pumping).
Keywords: Irrigation and drainage, unit area cost, open channel irrigation, canalette irrigation,
pipe irrigation.
1.GĠRĠġ
Sulama-drenaj Ģebekelerinde su kaynağı olarak baraj, gölet regülatör gibi tesisler
kullanılmaktadır. Sulama-drenaj Ģebekesinin hektar maliyetinin hesaplanmasında genellikle
773
sulama tesisi için yapılan masraflar dikkate alınmaktadır. Su kaynağı olarak yapılan baraj ve
gölet tesisinin maliyetleri göz ardı edilmektedir. Bunun nedeni ise depolama tesislerinin daha
önceden inĢa edilmesidir. Bu çalıĢmada kesin hesabı bağlanmıĢ sulama-drenaj Ģebekelerinin
hektar maliyetleri, depolamasız ve depolamalı olarak iki ana gruba ayrılarak yapılmıĢtır. DSĠ
Bölge Müdürlüklerinden, Bölge Müdürlükleri sorumluluk sahasında kesin hesabı bağlanmıĢ,
depolamalı ve depolamasız sulama-drenaj Ģebekelerinin hektar maliyetleri temin edilmiĢtir. Elde
edilen maliyetlere göre bölge bazında hektar maliyetleri ayrı ayrı hesaplanmıĢtır. Hektar
maliyetlerinin hesaplanmasında 2010 Yılı Birim Fiyatları dikkate alınmıĢtır. Sulama-drenaj
Ģebekesi hektar maliyetleri, sulama Ģebekesi tipine (açık kanal, kanaletli ve borulu) ve Ģekline
(cazibeli, pompajlı) göre hesaplanmıĢtır.
2.ÜLKEMĠZDE SULAMA ġEBEKELERĠNĠN GELĠġĠMĠ
Yurdumuzda devlet eliyle ilk sulama, 20. yüzyıl baĢlarında Osmanlı Ġmparatorluğu zamanında
Konya Ovasında baĢlatılmıĢtır. Proje 1903 – 1913 yılları arasında sadrazam Ferit PaĢa tarafından
Almanlara EskiĢehir – Bağdat Demiryolu kapsamında yaptırılmıĢtır. Ancak bu dönemde sulama
suyu kalitesinin ve drenajın önemi yeteri kadar bilinmediğinden, bu sulama uzun ömürlü
olmamıĢ, bilinçsiz ve yanlıĢ sulama uygulamalarının sonucunda zamanla tarım alanlarının
tuzlanarak elden çıkmasına neden olmuĢtur. Cumhuriyetin ilk yıllarında ise daha ziyade
bataklıklar kurutularak tarım alanları geniĢletilmiĢtir. Tokat Kazova sulaması (1945), Ġzmir
Menemen ovası (1949) gibi sulama projeleri Cumhuriyet döneminde gerçekleĢtirilen belli baĢlı
ilk sulama projeleridir.
Büyük boyutlarda sulama ve drenaj Ģebekelerinin inĢasına 6200 sayılı yasa gereği 1954 yılında
Devlet Su ĠĢleri (DSĠ) Genel Müdürlüğünün kurulması ile baĢlanmıĢtır. 1950 – 1965 yıllarına
kadar açık kanallı sulama Ģebekeleri inĢa edilmiĢ, bu tarihten itibaren batı ülkelerinde, özellikle
Ġtalya‘da uygulanan prefabrik bir inĢaat türü olan kanaletli sulama Ģebekelerine geçilmiĢtir. 1970
ve 1980‘li yıllarda kanaletli Ģebekeler ağırlıklı olarak uygulanmıĢtır.
Eğimli arazilerde kanaletli Ģebekelerin çok sayıda Ģut inĢasını gerektirmesi ve iĢletme
aĢamasında su dağıtımı açsından sorunlar yaĢanması sonucunda alçak basınçlı borulu Ģebekelerin
incelenmesi gerekli olmuĢtur. 1980‘li yıllarda alçak basınçlı olarak çalıĢan betonarme borular
kullanılmıĢtır.
Ancak ülkemizde nüfus artıĢı ile birlikte köyden kente göçün artması, su talebinin artmasını
gündeme getirmiĢtir. Bununu sonucunda 1990‘lı yıllardan itibaren ülkemizde geliĢen boru
teknolojisi ile su tasarrufu sağlayan, su kaynaklarının optimum seviyede kullanımına imkan
veren orta ve yüksek basınçlı borulu Ģebekeler yağmurlama ve damlama sulamalarına
geçilmiĢtir.
2004 yılında yapılan Tarım ġurasında alınan kararlardan birisi de, Türkiye‘de sulu tarımın
modern sistemlerle yapılmasına daha fazla ağırlık verilmesi için gerekli tedbir ve teĢviklerin alt
yapısının sağlanmasıdır.
3.TÜRKĠYE’NĠN TARIM ARAZĠSĠ POTANSĠYELĠ
Bilindiği gibi Türkiye‘nin yüz ölçümü 78 milyon hektardır. Bu yüz ölçümün 28 milyon hektarı
tarım alanıdır. 28 milyon hektarlık tarım alanının ise ancak 25,90 milyon hektarı sulanabilir
alandır. Günümüz teknolojik Ģartları dikkate alındığında sulanabilir tarım arazisinden ancak 8,50
milyon hektarının ekonomik olarak sulanabileceği belirlenmiĢtir. Yurdumuzda 2010 yılı sonu
774
rakamlarına göre sulanan toplam alan 5,50 milyon hektardır. Kalan 3,00 milyon hektar tarım
arazinin geliĢtirilmesi DSĠ‘ce planlanmaktadır. Hedef ekonomik olarak sulanabilir olan 8,50
milyon hektar tarım arazisinin tamamının sulanmasıdır. Bütçe imkanları dahilinde ekonomik
olarak sulanabilir araziler projelendirilip ihalesini müteakip inĢaatları gerçekleĢtirilerek
vatandaĢlarımızın hizmetine sunulmaktadır.
4.SULAMA ġEBEKESĠ TĠPLERĠ
Sulama suyunun sulanacak araziye dağıtılmasını temin edecek olan sisteme sulama Ģebekesi
denir. Ġyi bir sulama Ģebekesi, suyu çiftçiye kesintisiz olarak ve yeteri miktarda iletmektir.
Sulanacak arazinin topografik özellikleri, verimlilik derecesi, büyüklüğü ve sulama suyu miktarı
göz önünde bulundurularak sulama Ģebekesi tipi seçilir. Bir sulama Ģebekesi tipinin seçiminde
ekonomik ve teknik gerekçelerin yanında, mevcut suyun en uygun Ģekilde dağıtılması hususu da
dikkate alınmaktadır.
4.1.Açık Kanallı (klasik) Sulama ġebekeleri
Açık kanal (klasik) sulama Ģebekelerinde (Resim 1, Resim 2), sulama kanalları genellikle istenen
eğime göre araziye yerleĢtirilerek, taĢıyacağı suya göre projelendirilir ve betonla kaplanırlar.
Sulama Ģebekesini teĢkil eden kanallar fonksiyonlarına göre, iletim kanalı (isale kanalı), ana
kanal, yedek kanal, tersiyer kanal, çiftçi arkı olarak isimlendirilir. Açık kanallı sulama
Ģebekelerine klasik sistem sulama Ģebekeleri de denir.
4.1.1.Ġletim kanalı (Ġsale kanalı)
Sulama suyunu çevirme ve su alma yapısından alarak sulama ana kanalına iletilmesini sağlayan
kanaldır. Bu kanal sulama yapmaz suyu su alma yapısından alarak sulama alanına iletir. Sulama
sahasının hemen su alma yapısından baĢlaması halinde iletim kanalına gerek kalmamaktadır.
Ġletim kanalları genellikle trapez kesitli, beton kaplamalıdır.
4.1.2.Ana kanal
Sulama suyunu sulama alanı içinde taĢıyan ve yedek kanallara ileten kanaldır. Ana kanal sulama
sahasının, en yüksek sınırından tesviye eğrilerine paralel olarak geçirilir. Ġletim kanalı
bulunmaması halinde, su alma yapısından baĢlar ve en son yedek kanalda son bulur. Ana
kanaldan yer yer prizlerle sulama suyu alınabilir. Genellikle ana kanalın ova tarafına iĢletme ve
bakım yolu yapılır.
4.1.3.Yedek kanal
Yedek kanallar ana kanaldan suyu alarak, tersiyer kanallarına ulaĢtıran kanallardır. Genel olarak
sulama alanının üst sınırını çizen ana kanaldan baĢlar ve sahasını, tesviye eğrilerine dik olarak
keser. Genellikle yedek sulama kanlarlını priz sayısı fazla olan tarafında iĢletme bakım yolu
bulunur. Yedek sulama kanalları tesviye eğrilerine dik geçtiklerinden eğimleri fazladır.
4.1.4.Tersiyer kanalı
Tersiyer sulama kanalları yedek sulama kanallarından aldıkları suyu sulama sahasına taĢıyan
kanallardır. Üzerinde ortalama 200 -250 m ara ile çiftçi arkı prizleri bulunur. Sulama suyu bu
prizler vasıtasıyla tersiyer sulama kanalından çiftçi arkı prizine geçer.Tersiyer sulama
775
kanallarında su seviyesini arazinin üzerinde tutmak için tersiyer kanalları daime dolguda inĢa
edilir.
4.1.5.Çiftçi arkı
Tersiyer kanal prizlerinden alınan sulama suyunu tarlaya kadar götüren kanallardır. Kaplamasız
olan bu kanallar genellikle çiftçiler tarafından inĢa edilirler.
Resim 1. Açık kanal (klasik) sulama Ģebekeleri
Resim 2. Açık kanal (klasik) sulama Ģebekeleri
4.2.Kanaletli Sulama ġebekeleri
Açık kanallı sulama Ģebekelerinden farkı, sulama kanallarının belirli bir merkezde prefabrike
olarak imal edilip, istenilen yükseklikteki ayaklar üzerine zeminden yukarıda inĢa edilerek teĢkil
edilmeleridir. Prefabrike olarak 5 veya 7 m‘lik anolar halinde inĢa edilen ve prefabrik ayaklar
üzerine konulan kanallara kanalet adı verilir. Kesitleri yarı eliptik olup eyerler vasıtasıyla
ayaklara otururlar. Sulama suyu, kanalet eğimlerinden faydalanılarak sulama sahasına getirilir.
Ayak seviyelerini değiĢtirmek suretiyle kanaletlerdeki su istenilen seviyede tutulur.
Kanaletli sulama Ģebekelerinin (Resim 3, Resim 4) bir özelliği de kanaletin her noktasından su
alınabilmesidir. Çiftçiler sulamayı kanaletin içine koydukları portatif sifonlar vasıtasıyla
yapmaktadırlar. Bu sebepten dolayı Ģebekelerde su alma prizi inĢa edilmez. Kanaletler mevcut
parsel sınırlarını takip edebildikleri için açık kanallı Ģebekeye göre istimlak bedeli daha az
olmaktadır.
TaĢıyacakları debiye göre kanaletler değiĢik ebatlarda imal edilirler. Kanaletlerin numaraları
kanaletteki su hızı 1 m/s olduğu zaman saniyede geçen su miktarını (l) olarak ifade eder. Ġtalyan
paternine göre komple 21 kanalet tipi bulunmaktadır. Ancak pratikte komple seri yerine 70 ile
1000 arasında yer alan 10 çeĢit kanalet tipi kullanılmaktadır. Bu 10 çeĢit kanalet tipine ticari seri
denir. Bunlar; 70, 100, 135, 180, 230, 315, 450, 500, 800 ve 1000‘lik tiplerdir. Kanaletlerden 70
ile 600 numaralar arasındaki tipler eliptik, 700 ile 1000 arasındaki tipler ise yarım daire
Ģeklindedir.
776
Resim 3. Kanaletli sulama Ģebekeleri
Resim 4. Kanaletli sulama Ģebekeleri
4.3.Borulu Sulama ġebekeleri
Bilindiği gibi günümüzde su kaynakları son derece kısıtlıdır. Buna karĢılık çeĢitli sektörlerdeki
su kullanımı ve tarımda sulanacak alan talebi de çok artmıĢtır. GeliĢmiĢ sulama metot ve
tekniklerinin küçük alanlara uygulanması, yüksek sulama randımanı, birim sahadan alınan ürün
miktarının artması ve ürün çeĢitliliğine olan talebin yükselmesi gibi nedenlerle hızla
geliĢmektedir.
Yurdumuzdaki taban arazilerin kısmen sulamaya açılmıĢ olması kalan sulama sahalarının
nispeten daha dalgalı arazilerde yer alması nedeniyle basınçlı borulu sulama sistemlerinin
kullanılması ortaya çıkarmıĢtır. Dünyada boru teknolojisine paralel olarak geliĢen sulama
teknolojisi yurdumuzda da benzer Ģekilde geliĢmektedir.
4.3.1.Alçak basınçlı borulu Ģebeke
Yurdumuzda ilk kullanılan basınçlı borulu sulama Ģekli, alçak basınçlı borulu sulamadır.
Borular, tabii zeminin içine döĢenerek belirli noktalardan sulama suyu araziye verilir. Borular
Ģebekedeki basınca ve boru çapına göre beton veya betonarme olarak inĢa edilirler. Borular
genellikle bir merkezde prefabrik olarak inĢa edilir ve buradan döĢenecekleri yere taĢınarak
montajları yapılır. Boru hatları, muflu betonarme borular ile teĢkil edilir. Borular muflarına conta
yerleĢtirilerek birbirine bağlanır. Boru hatlarında belirlenen yerlere alfa-alfa vanalar konularak
çiftçilerin su alması sağlanır. Alçak basınçlı borulu sulama Ģebekelerinde maksimum basınç 6 m
dir. Basıncın maksimuma ulaĢtığı yerlerde kapaklı baca yapılarak fazla basınç kırılır. Boru
hatlarında, yatay ve düĢey eğim değiĢim yerlerine ve çap değiĢim yerlerine hava bacası konulur.
4.3.2.Orta basınçlı borulu Ģebeke
Orta basınçlı borulu sulama Ģebekelerini yüksek basınçlı sulama Ģebekelerinden ayıran temel
husus basınç sınıflamasıdır. Orta basınçlı borulu sulama Ģebekesinde üst basınç limiti 30,00 m
dir. Projelendirme esaslarında yüksek basınçlı borulu sisteme göre bazı farklılıklar
bulunmaktadır. Ancak orta basınçlı borulu sulama Ģebekelerinde kullanılan boru cinsleri aynen
yüksek basınçlı borulu sulama sistemlerinde de kullanılmaktadır.
4.3.3.Yüksek basınçlı borulu Ģebeke
Yüksek basınçlı sulama sistemleri (Resim 5, Resim 6) aynı zamanda yağmurlama (sprinkler)
sulama sistemi olarak da adlandırılır. Yağmurlama sulama sisteminde arazi üzerine belirli
aralıklarla yerleĢtirilen yağmurlama baĢlıklarından basınç altında verilen sulama suyu buradan
777
arazi yüzeyine düĢer ve infiltrasyonla toprak içerisine girerek bitki kök bölgesinde depolanır.
Yağmurlama sulama sistemi su tasarrufu açısından son derece uygun bir sulama Ģebekesi
Ģeklidir. Boru teknolojinde meydana gelen geliĢmelere paralel olarak yurdumuzda son yıllarda
tercih edilen bir sulama sistemi olmuĢtur.
Resim 5. Yüksek basınçlı sulama sistemleri
Resim 6. Yüksek basınçlı sulama sistemleri
5.DSĠ TARAFINDAN ĠNġAATI YAPILARAK ĠġLETMEYE AÇILAN SULAMADRENAJ ġEBEKELERĠNĠN HEKTAR MALĠYETLERĠNĠ DEĞERLENDĠRĠLMESĠ
DSĠ tarafından ĠnĢaatı tamamlanarak iĢletmeye açılmıĢ sulama-drenaj tesislerinden, kesin hesabı
bağlanmıĢ olanların hektar maliyetlerinin değerlendirilmesi maksadıyla bu çalıĢma yapılmıĢtır.
ÇalıĢmada sulama-drenaj Ģebekeleri iki kısma ayrılmıĢtır.
Depolamasız sulama-drenaj tesisleri
Depolamalı sulama-drenaj tesisleri
5.1.Depolamasız Sulama-Drenaj Tesisi
Su kaynağı genellikle bir akarsu üzerine inĢa edilmiĢ regülatör (Resim 7, Resim 8) gibi çevirme
yapısı olan sulama-drenaj tesislerini ifade etmektedir. DSĠ Uygulamalarında Yaygın Olarak
Kullanılan BaĢlıca Regülatör Tipleri; Dolu Gövdeli Regülatörler, Kapaklı Regülatörler, Dolu
Gövde Üzeri Kapaklı Regülatörler, Tirol Tipi Regülatörler ve Lastik Savaklı Regülatörlerdir.
Resim 7. Akarsu üzerine inĢa edilmiĢ regülatör. Resim 8. Akarsu üzerine inĢa edilmiĢ regülatör.
5.2.Depolamalı Sulama-Drenaj Tesisi
778
Su kaynağı baraj (Resim 9, Resim 10) veya gölet olan sulama-drenaj tesislerinin ifade
etmektedir. Depolama tesisinin amacı sadece sulama ise depolama tesisinin bütün maliyeti
sulama- drenaj Ģebekesinin maliyetine dahil edilerek sulama-drenaj Ģebekesinin hektar maliyeti
bulunmuĢtur. Depolama tesisi çok maksatlı ise,
Sulama
Ġçmesuyu
Enerji
TaĢın koruma gibi
Depolama tesisinin toplam maliyetinden sulamaya düĢen pay hesap edilerek sulama-drenaj
Ģebekesi maliyetine ilave edilerek hektar maliyeti hesaplanmıĢtır.
Resim 9. Su kaynağı baraj.
Resim 10. Su kaynağı baraj.
Depolamasız ve depolamalı sulama–drenaj tesislerinin hektar maliyetlerinin hesaplanmasında
iĢin kesin hesabının bağlanması esas alınmıĢtır. Böylece sulama-drenaj tesisinin tamamlanması
için DSĠ tarafından müteahhit firmaya ödenen paranın tamamı hektar maliyetlerinin
hesaplanmasında dikkate alınmıĢtır.
DSĠ Bölge Müdürlüklerinden temin edilen doneler değerlendirilerek ĠnĢaatı tamamlanmıĢ olan
sulama-drenaj Ģebekelerinin 2010 Yılı Birim Fiyatları dikkate alınarak hektar maliyetleri
hesaplanmıĢtır.. Sulama Ģebekesi hektar maliyetleri sulama Ģebekesi tipine (klasik, kanaletli ve
borulu) ve Ģekline (cazibeli, pompajlı) göre ayrı ayrı hesaplanmıĢtır.
5.3.Depolamasız Sulama-Drenaj ġebekelerinin Hektar Maliyetlerini Değerlendirilmesi
ĠnĢaatı tamamlanıp kesin hesabı bağlanarak iĢletmeye açılan depolamasız sulama-drenaj
Ģebekelerinin hektar maliyetlerinin sulama Ģebekesi tipine (klasik, kanaletli, borulu) göre (Tablo
1) ve sulama Ģebekesi Ģekline (cazibeli pompajlı) göre de değerlendirilerek (Tablo 2)
hazırlanmıĢtır. Ayrıca sulama Ģebekesi Ģekline ve tipi göre sulama sahaları ile hesaplamalara esas
proje sayıları ise (Tablo 3)‘de verilmiĢtir.
779
Tablo 1. Depolamasız Sulama-Drenaj ġebekesi Maliyetleri (ġebeke Tipine Göre)
ġebeke Tipi
Klasik
Kanalet
Borulu
TL/Ha
14 741
12 821
16 422
Tablo 2. Depolamasız Sulama-Drenaj ġebekesi Maliyetleri (ġebeke ġekline Göre)
ġebeke ġekli
Cazibeli
Pompaj
TL/Ha
13 925
18 344
Tablo 3. Depolamasız Sulama-Drenaj ġebekesi Sahaları ve Proje Sayısı
ġebeke ġekli/Tipi
Klasik
Kanalet
Borulu
Cazibeli
Pompaj
Proje sayısı
Sulama Sahası (Ha)
150 006
84 108
46 161
180 817
99 458
56
Değerlendirmeye alınan depolamasız sulama-drenaj Ģebekelerinin Bölge Müdürlüklerine ait
hektar maliyetleri (klasik, kanaletli, borulu, cazibeli, pompajlı) sulama sahası (Tablo 10)‘de
verilmiĢtir. Yine tüm Bölgelere Müdürlüklerine ait depolamasız sulama sahaları ve proje sayıları
da (Tablo 11) verilmiĢtir. Buna göre depolamasız sulama sahaları toplam 280 275 ha dır.
Bunlardan klasik Ģebeke 150 006 ha ( % 54), kanaletli Ģebeke 84 108 ha (% 30) ve borulu Ģebeke
ise 46 161 ha (% 16) dır.
5.4.Depolamalı Sulama-Drenaj ġebekelerinin Hektar Maliyetlerini Değerlendirilmesi
ĠnĢaatı tamamlanıp kesin hesabı bağlanarak iĢletmeye açılan depolamasız sulama-drenaj
Ģebekelerinin hektar maliyetlerinin sulama Ģebekesi tipine (klasik, kanaletli, borulu) göre (Tablo
4) ve sulama Ģebekesi Ģekline (cazibeli pompajlı) göre de değerlendirilerek (Tablo 5)
hazırlanmıĢtır. Ayrıca sulama Ģebekesi Ģekline ve tipi göre sulama sahaları ile hesaplamalara esas
proje sayıları ise (Tablo 6) ‘de verilmiĢtir.
Tablo 4. Depolamalı Sulama-Drenaj ġebekesi Maliyetleri (ġebeke Tipine Göre)
ġebeke Ģekli/tipi
TL/Ha
Klasik
Kanalet
Borulu
28 511
22 761
49 616
780
Tablo 5. Depolamalı Sulama-Drenaj ġebekesi Maliyetleri (ġebeke ġekline Göre)
ġebeke Ģekli
Cazibeli
Pompaj
TL/Ha
42 732
66 756
Tablo 6. Depolamalı Sulama-Drenaj ġebekesi Sahaları ve Proje Sayısı
ġebeke Ģekli/tipi
Klasik
Kanalet
Borulu
Cazibeli
Pompaj
Proje sayısı
Sulama Sahası (Ha)
145 711
144 865
82925
325 253
48 248
142
Değerlendirmeye alınan depolamalı sulama-drenaj Ģebekelerinin tüm Bölge Müdürlüklerine ait
hektar maliyetleri (klasik, kanaletli, borulu, cazibeli, pompajlı) sulama sahası (Tablo 12)‘de
verilmiĢtir. Yine tüm bölgelere ait depolamalı sulama sahaları ve proje sayıları da (Tablo 13)
verilmiĢtir. Buna göre depolamalı sulama sahaları toplam 373 501 ha dır. Bunlardan klasik
Ģebeke 145 711 ha ( % 39), kanaletli Ģebeke 144 865 ha (% 39) ve borulu Ģebeke ise 82 925 ha
(% 22) dır.
5.5.Depolamalı / Depolamasız Sulama-Drenaj ġebekelerinin Hektar Maliyetlerini Birlikte
Değerlendirilmesi
ĠnĢaatı tamamlanıp kesin hesabı bağlanarak iĢletmeye açılan depolamasız ve depolamalı sulamadrenaj Ģebekelerinin hektar maliyetleri birlikte değerlendirilmiĢtir. Sulama Ģebekesi tipine
(klasik, kanaletli, borulu) göre (Tablo 7) ve sulama Ģebekesi Ģekline (cazibeli pompajlı) göre de
(Tablo 8) hektar maliyetleri hesaplanmıĢtır. Ayrıca sulama Ģebekesi Ģekline ve tipi göre sulama
sahaları ile hesaplamalara esas proje sayıları ise (Tablo 9)‘de verilmiĢtir.
Tablo 7. Depolamalı/Depolamasız Sulama-Drenaj ġebekesi Maliyetleri
ġebeke Ģekli
Klasik
Kanalet
Borulu
(ġebeke Tipine Göre)
TL/Ha
21 961
16 797
44 350
Tablo 8. Depolamalı/ Depolamasız Sulama-Drenaj ġebekesi Maliyetleri(ġebeke ġekline Göre)
ġebeke Ģekli
Cazibeli
Pompaj
TL/Ha
28 469
34 827
781
Tablo 9. Depolamalı/Depolamasız Sulama-Drenaj ġebekesi Sahaları ve Proje Sayısı
ġebeke Ģekli/tipi
Klasik
Kanalet
Borulu
Cazibeli
Pompaj
Proje sayısı
Sulama Sahası (Ha)
295 717
228 973
129 086
506 070
147 706
198
Değerlendirmeye alınan depolamalı ve depolamasız sulama-drenaj Ģebekelerinin tüm bölgelere
ait hektar maliyetleri (klasik, kanaletli, borulu, cazibeli, pompajlı) sulama sahası (Tablo 14)‘de
verilmiĢtir. Yine tüm bölgelere ait depolamalı sulama sahaları ve proje sayıları da (Tablo 15)
verilmiĢtir. Buna göre depolamalı ve depolamasız sulama sahalarının toplamı 653 776 ha dır.
Bunlardan klasik Ģebeke 295 717 ha ( % 45), kanaletli Ģebeke 228 973 ha (% 35) ve borulu
Ģebeke ise 129 086 ha (% 20) dır.
782
Tablo 10. Depolamasız sulama Ģebekeleri hektar maliyetleri.
BÖLGE
MÜDÜRLÜĞÜ
ġEBEKE TĠPĠNE GÖRE
KLASĠK
(TL/Ha)
1.BURSA
2.ĠZMĠR
1.533
3.ESKĠġEHĠR
5.561
4.KONYA
7.795
5.ANKARA
27.165
6.ADANA
KANALET
(TL/Ha)
9.182
ġEBEKE ġEKLĠNE GÖRE
BORULU CAZĠBELĠ
(TL/Ha)
(TL/Ha)
5.089
POMPAJLI
(TL/Ha)
7.136
12.444
1.533
12.444
12.954
7.279
12.992
8.788
7.736
9.382
13.684
15.735
21.450
13.684
11.708
16.367
16.395
10.697
5.115
7.SAMSUN
8.ERZURUM
8.924
8.924
9.ELAZIĞ
18.213
23.623
10.DĠYARBAKI
R
11.EDĠRNE
16.872
16.872
31.900
7.393
31.900
12.KAYSERĠ
13.ANTALYA
17.963
17.963
14.ĠSTANBUL
15.ġ.URFA
16.MARDĠN
17.VAN
17.499
40.090
17.499
40.090
18.370
15.992
38.676
5.924
11.276
13.330
18.ISPARTA
19.SĠVAS
20.K.MARAġ
9.933
26.366
21.AYDIN
9.325
10.871
22.TRABZON
13.330
13.330
23.KASTAMO
NU
24.KARS
10.373
10.373
10.873
10.133
25.BALIKESĠR
31.812
31.812
29.853
26.ARTVĠN
ORTALAMA
14.741
12.821
783
16.422
13.925
18.344
Tablo 11. Depolamalı sulama Ģebekeleri hektar maliyetleri.
BÖLGE
MÜDÜRLÜĞÜ
KLASĠK
(TL/Ha)
KANALET
(TL/Ha)
BORULU
(TL/Ha)
CAZĠBELĠ
(TL/Ha)
POMPAJLI
(TL/Ha)
1.BURSA
43.027
27.854
63.259
2.ĠZMĠR
1.959
41.843
62.705
30.723
53.866
45.188
5.046
21.559
9.992
48.344
48.344
3.ESKĠġEHĠR
4.KONYA
5.ANKARA
6.ADANA
7.SAMSUN
66.788
82.472
72.016
8.ERZURUM
33.281
33.371
33.326
9.ELAZIĞ
20.270
8.721
110.605
42.853
10.DĠYARBAKIR
43.855
43.855
49.656
4.875
12.676
9.819
11.EDĠRNE
12.KAYSERĠ
12.821
13.ANTALYA
27.198
14.875
24.581
24.581
37.219
28.633
30.774
30.774
8.721
6.702
14.ĠSTANBUL
15.ġ.URFA
37.051
25.793
44.823
16.MARDĠN
17.VAN
18.ISPARTA
19.SĠVAS
43.265
29.995
38.842
20.K.MARAġ
36.279
41.915
37.084
22.TRABZON
24.181
25.884
27.609
23.KASTAMONU
12.203
16.380
14.292
214.328
214.328
214.328
49.616
42.732
66.756
21.AYDIN
24.KARS
25.BALIKESĠR
26.ARTVĠN
ORTALAMA
28.511
22.761
784
Tablo 12. Depolamasız sulama Ģebekelerinin alanları (ha)
BÖLGE
MÜDÜRLÜĞÜ
KLASĠK
(Ha)
1.BURSA
2.ĠZMĠR
142
3.ESKĠġEHĠR
21.397
4.KONYA
4.100
5.ANKARA
5.152
6.ADANA
ġEBEKE ġEKLĠNE
GÖRE
KANALET BORULU CAZĠBELĠ POMPAJLI
(Ha)
(Ha)
(Ha)
(Ha)
10.656
54
10.710
PROJE
SAYISI
(ADET)
2
160
142
160
2
7.244
37.152
6.989
6
1.740
4.580
1.260
4
1.500
200
5.352
1.500
3
6.761
28.391
29.452
5.700
9
15.500
7.SAMSUN
8.ERZURUM
5.700
5.700
9.ELAZIĞ
10.770
4.770
10.DĠYARBAKIR 3.700
11.EDĠRNE
1
6.000
3.700
1.188
3
1
1.188
1
4.000
1
12.KAYSERĠ
13.ANTALYA
4.000
14.ĠSTANBUL
15.ġ.URFA
16.MARDĠN
17.VAN
17.700
2.810
17.700
2.810
2
1.562
10.062
7.263
6
5.540
40.538
5
3.290
7.446
1
18.ISPARTA
19.SĠVAS
20.K.MARAġ
5.044
10.719
21.AYDIN
7.106
38.972
22.TRABZON
10.736
23.KASTAMONU 2.580
2.580
24.KARS
52.067
48.173
25.BALIKESĠR
2.624
2.624
1
3.894
7
1
26.ARTVĠN
ORTALAMA
TOPLAM
150.006
84.108
46.161
280.275
180.817
99.458
280.275
785
56
Tablo 13. Depolamalı sulama Ģebekelerinin alanları (ha)
BÖLGE
MÜDÜRLÜĞÜ
ġEBEKE ġEKLĠNE
GÖRE
KLASĠK KANALET BORULU CAZĠBELĠ POMPAJLI
(Ha)
(Ha)
(Ha)
(Ha)
(Ha)
PROJE
SAYISI
(ADET)
1.BURSA
2.919
2.612
307
7
2.ĠZMĠR
1.959
1.841
118
7
5.833
3.710
9.543
9
8.098
970
9.068
24
2.073
2.073
5
3.ESKĠġEHĠR
4.KONYA
5.ANKARA
6.ADANA
7.SAMSUN
1.278
86
1.364
4
8.ERZURUM
9.844
5.063
14.907
2
9.ELAZIĞ
32.240
440
32.680
9.537
11.EDĠRNE
20.850
12.KAYSERĠ
31.934
9.537
10
5.442
28.936
13.ANTALYA
43.236
2
6.550
6
336
32.270
7
417
417
2
46.677
121.804
4.375
4.375
9
14.ĠSTANBUL
15.ġ.URFA
2.080
101.136
28.089
10
16.MARDĠN
17.VAN
18.ISPARTA
19.SĠVAS
15.521
7.375
22.896
15
20.K.MARAġ
1.239
426
1.665
7
439
3.203
152
5.383
8
1.010
7.131
3
4.498
3.343
1.155
82.925
325.253
48.248
21.AYDIN
22.TRABZON
5.256
5.231
23.KASTAMONU 6.121
2.492
4
24.KARS
25.BALIKESĠR
1
26.ARTVĠN
ORTALAMA
TOPLAM
145.711
144.865
373.501
373.501
786
142
Tablo 14. Depolamalı / Depolamasız sulama Ģebekeleri hektar maliyetleri.
BÖLGE
MÜDÜRLÜĞÜ
KLASĠK
(TL/Ha)
1.BURSA
2.ĠZMĠR
1.533
3.ESKĠġEHĠR
18.142
4.KONYA
7.795
5.ANKARA
16.106
6.ADANA
BORULU
(TL/Ha)
24.058
CAZĠBELĠ
POMPAJLI
(TL/Ha)
(TL/Ha)
27854
35.198
7.202
21.688
37.575
33.410
26.234
12.992
8.788
7.736
9.382
13.684
18.647
15.769
13.684
11.708
32.356
32.370
10.697
KANALET
(TL/Ha)
9.182
5.115
7.SAMSUN
68.788
82.472
72.016
8.ERZURUM
21.103
33.371
21.125
9.ELAZIĞ
19.242
110.605
33.238
8.721
43.855
33.264
11.EDĠRNE
18.388
12.676
9.819
12.KAYSERĠ
12.821
13.ANTALYA
8.057
19.301
27.198
14.875
21.272
24.581
17.963
37.219
28.633
44.823
40.090
17.499
40.090
30.774
30.774
29.995
38.842
30.143
26.538
38.676
5.924
11.276
20.470
13.330
14.ĠSTANBUL
15.ġ.URFA
37.051
25.793
16.MARDĠN
17.VAN
17.499
18.ISPARTA
19.SĠVAS
43.265
20.K.MARAġ
23.106
26.366
21.AYDIN
9.325
10.871
22.TRABZON
18.756
23.KASTAMONU 11.288
24.KARS
10.873
25.BALIKESĠR
31.812
16.380
12.333
10.133
29.853
214.328
123.070
214.328
44.350
28.469
34.827
26.ARTVĠN
ORTALAMA
21.961
16.797
787
Tablo 15. Depolamalı / Depolamasız sulama Ģebekelerinin alanları (ha)
BÖLGE
MÜDÜRLÜĞÜ
KLASĠK
(Ha)
1.BURSA
2.ĠZMĠR
KANALET
(Ha)
BORULU CAZĠBELĠ
(Ha)
(Ha)
10.656
27.230
4.KONYA
4.100
5.ANKARA
13.250
6.ADANA
PROJE
SAYISI
(ADET)
POMPAJLI
(Ha)
2.973
2612
11.017
9
2.119
1.983
278
9
10.954
46.695
6.989
15
1.740
4.580
1.260
4
1.500
1.170
14.420
1.500
27
6.761
30.464
31.525
5.700
14
142
3.ESKĠġEHĠR
ġEBEKE ġEKLĠNE
GÖRE
15.500
7.SAMSUN
1.278
86
1.364
4
8.ERZURUM
15.544
5.063
20.607
3
9.ELAZIĞ
43.010
440
37.450
10.DĠYARBAKIR
9.142
11.EDĠRNE
22.038
12.KAYSERĠ
31.934
9.537
15.537
9.142
28.936
43.236
13
3
7.738
7
336
32.270
4.417
417
4.000
3
46.677
121.804
28.089
10
2.810
17.700
2.810
2
4.375
4.375
9
7.375
22.896
15
13.ANTALYA
7
14.ĠSTANBUL
15.ġ.URFA
2.080
101.136
16.MARDĠN
17.VAN
17.700
18.ISPARTA
19.SĠVAS
15.521
20.K.MARAġ
6.283
10.719
1.988
11.727
7.263
13
21.AYDIN
7.106
44.228
439
8.743
43.030
9
22.TRABZON
15.967
152
8.673
7.446
9
23.KASTAMON
U
24.KARS
8.701
1.010
9.711
52.067
25.BALIKESĠR
2.624
4.498
4
48.173
3.894
7
5.967
1.155
2
26.ARTVĠN
TOPLAM
295.717
228.973
129.086
788
506.070
147.706
198
6.SONUÇ
Bu çalıĢmada, DSĠ tarafından inĢaatı tamamlanarak iĢletmeye açılan, kesin hesabı bağlanmıĢ
sulama-drenaj Ģebekelerinin hektar maliyetleri incelenmiĢtir. Yapılan çalıĢmada sulama-drenaj
Ģebekeleri esas olarak iki kısımda değerlendirilmiĢtir.
Depolamasız sulama-drenaj Ģebekeleri
Depolamalı sulama-drenaj Ģebekeleri
Depolamasız sulama-drenaj Ģebekelerinin hektar maliyetlerinin belirlenmesinde, kesin hesap
sonucunda müteahhit firmaya ödenen paranın tamamını dikkate almak yeterli olmaktadır.
Depolamalı bir sulama-drenaj Ģebekesinin hektar maliyetinin hesaplanmasında, sulama-drenaj
Ģebekesi için müteahhit firmaya ödenen kesin hesap sonucu ödenen paraya ilave olarak, bu
tesisin su kaynağının (baraj veya gölet) maliyetinin de hektar maliyetine dahil edilmiĢtir..
Depolama tesisinin amacı sadece sulama ise, depolama tesisinin inĢaatı tamamlandıktan sonra
kesin hesap sonucu ödenen paranın sulama Ģebekesi maliyetine ilave edilerek hektar maliyeti
hesaplanmıĢtır. Ancak depolama tesisi çok maksatlı ise (sulama, enerji, içmesuyu vb), depolama
tesisinin toplam maliyetinden sulama için düĢen payı dikkate alınarak hektar maliyeti
hesaplanmıĢtır.
Depolamalı sulama-drenaj Ģebekelerinin hektar maliyetlerinin hesaplanmasında, depolama
tesisinin maliyetinin de hektar maliyeti hesaplarına ilave edilmesiyle, daha gerçekçi bir yaklaĢım
sağlanmıĢtır. Hektar maliyetleri incelendiğinde, depolamalı sulama-drenaj Ģebekesi hektar
maliyetlerinin depolamasız sulama-drenaj Ģebekelerine göre oldukça pahalı olduğu
görülmektedir.
Diğer taraftan bir sulama-Drenaj Ģebekesinin toplam maliyeti dikkate alındığında, planlama
aĢamasından iĢletme aĢamasına kadar olan tüm maliyetlerin planlama aĢamasındaki proje
ekonomisi çalıĢmalarında göz önünde bulundurulmalıdır. Bir sulama projesinin toplama
maliyeti;
Planlama
Projelendirme
ĠnĢaat
Kontrollük
KamulaĢtırma
Bakım –Onarım
ĠĢletme
gibi temel bileĢenleri içermektedir.
Sahip olduğumuz arazilerin ve su kaynaklarının özelliklerine ve seçilecek bitki desenine uygun
modern sulama sistem ve yönteminin seçilmesi, projelendirilmesi ve tekniğine uygun olarak
kullanılması doğal kaynaklarımızın en iyi Ģekilde bir sonraki nesillere aktarılması ve
sürdürülebilir bir tarımsal üretimin yapılmasını sağlayacaktır.
KAYNAKLAR
1. Kızılkaya T., 1994, ―Sulama ve Drenaj‖, Ankara
2. Tümer T., 1975 ―Sulama ve Drenaj ġebekeleri ve Proje Esasaları‖,Ankara
3. Dal. H., 2009 ―Proje Semineri Ders Notları‖,53-74, Antalya
4. Doğan E., 2009 ―Proje Semineri Ders Notları‖,443-458, Antalya
789
AKGEDĠK BARAJI’NIN SULAMA VE ĠÇMESUYU AMAÇLI
OLARAK YENĠDEN PLANLANMASI
Hasan Gürhan ÜSTÜN
[email protected]
Hilmi UYAN
[email protected]
Özgür ULUSOY
DSĠ 2. Bölge Müdürlüğü, ĠZMĠR
[email protected]
Sibel ALAN
DOLSAR Müh. Ltd. ġti., ANKARA
[email protected]
Uğur ALAY
[email protected]
Aslı Erdenir SILAY
[email protected]
Sayit KOÇ
[email protected]
Zekeriya ALġAN
[email protected]
Kemal Yavuz KERPĠġÇĠ
[email protected]
Yusuf BĠNĠCĠ
[email protected]
Özgür Murat KARACA
[email protected]
791
ÖZET
Akgedik Barajı; yapımı 2009 yılında tamamlanmıĢ olan, Muğla Ġli‘ne bağlı Milas ilçesinde yer
alan sulama amaçlı bir barajdır. Barajın planlaması yapıldıktan sonra inĢaatının bitmesi 22 yıl
almıĢtır. Bu süre içerisinde baraj planlamasını etkileyen bazı Ģartlar değiĢtiğinden su
kaynaklarının yönetimi kapsamında barajın yeniden planlamasını yapma zorunluluğu ortaya
çıkmıĢtır. Yeniden planlama yapma gereğini doğuran bu Ģartlar arasında açık iletim sisteminden
kapalı iletim sistemine geçiĢ, Milas Belediyesi‘nin içme-kullanma-endüstri suyu talebi, eski
planlamasında öngörülmesine rağmen yapılmayan Değirmendere derivasyonu, imar alanlarının
geniĢlemesi sonucunda sulama alanındaki azalma sayılabilir. Yeni planlama çalıĢmasında;
mevcut kaynakların belirlenmesi, ihtiyaçların belirlenmesi ve karĢılanması çalıĢmaları
yapılmaktadır. Mevcut durumda Milas ve Beçin Belediyeleri içme-kullanma-endüstri suyu
ihtiyacını yer altı sularından karĢılamakta olup, bu kaynaklardan çekilen ve tahakkuk ettirilen su
miktarı belirlenmiĢtir. Daha sonra nüfus sayımlarından hareketle 2045 yılına kadar nüfus
kestirimleri yapılmıĢtır. Bu verilerden yola çıkarak 2045 yılına kadar içme-kullanma-endüstri
suyu ihtiyacı belirlenmiĢtir. Bu miktar barajdan ayrılmıĢ olup geri kalan suyla ne kadarlık bir
alanın sulanabileceği bulunmuĢtur. Ayrıca barajdaki suyun arıtılması gerektiğinden uygun kot ve
konuma arıtma tesisi planlanmıĢtır. Ġçme-kullanma-endüstri suyu iletim hattı ve sulama suyu
iletim hattı harita üzerinde belirlenmiĢ olup gerekli sanat yapıları planlanmıĢtır. ÇalıĢmanın
sonunda yıllık gelir, ĠKO, ve maliyet taksimi tabloları verilmiĢtir.
Anahtar Kelimeler: Su temini ve arıtma, sulama – kurutma, Akgedik Barajı.
REPLANNING OF AKGEDIK DAM AS IRRIGATION
AND DRINKING WATER SUPPLY
ABSTRACT
Akgedik Dam is in the Milas town of Muğla. Construction of this irrigation dam has been
completed in 2009. After the planning of the dam, it has been taken 22 years to complete the
construction. The usage of the water in the dam has to be replanned because of changed
circumstances effecting usage plans during this construction period under water resource
management scope. These changed conditions can be summarized as; the shift of open channel
with pipe system, domestic water request of Milas Municipality, Değirmendere river derivation
which has not been constructed although it has been planned in the former planning report, and
the decrease of irrigation area because of enlarging town settlement area. In new planning report,
available water sources and demand are determined and the demand is met. Milas and Beçin
municipalities‘ domestic water demand is met from groundwater under existing situation. The
amount of water taken from groundwater and the amount at the water bills are determined. Then,
population estimates are made till year 2045 using existing population census results. From this
data domestic water demand is determined till year 2045. This amount is assigned from the dam
and the amount of area can be irrigated by the rest of the water is calculated. As there is need of
making treatment, a treatment plant is planned at a suitable altitude and location. Domestic water
and irrigation water pipelines are drawn on the map and necessary constructions are planned.
Yearly income, ĠKO, and cost distribution tables are given at the end of the paper.
Keywords: Water supply and treatment, irrigation – draining, Akgedik Dam.
792
1.GĠRĠġ
Batı Akdeniz Havzası‘nda yer alan Akgedik Barajı yapımı 2009 yılında tamamlanmıĢ sulama
amaçlı bir barajdır. Baraj Muğla Ġli‘ne bağlı Milas ilçesinde yer almaktadır. Baraj, Sarıçay
üzerinde yapılmıĢ olup yan kol olan Değirmendere çevirmesiyle toplanacak sularla Milas
Ovası‘nın sulanması planlanmıĢtır. Barajın bazı karakteristikleri Tablo 1‘de verilmiĢtir [Anonim,
2010].
Tablo 1. Baraj Karakteristik Bilgileri
Tipi
Kil çekirdekli kaya dolgu
Toplam
dolgu
hacmi
1,535 hm³
Drenaj alanı
93 km²
Gövde
memba
şevi
1/2
Kret kotu
103,00 m
Gövde
mansap
şevi
1/2
Talveg kotu
Temel kotu
55,00 m
48,00 m.
Barajın ölü hacmi
Barajın aktif hacmi
2,747 hm³
26,285 hm³
Talvegten
yüksekliği
48,00 m
Barajın toplam hacmi
29,032 hm³
Temelden
yüksekliği
55,00 m
Baraj minimum su kotu
70 m
352,46 m
10 m
369.525 m³
Baraj maksimum su kotu
Yıllık ortalama akım
Regüle edilen su
101,70 m
34,12 hm³/yıl
19,30 hm³/yıl
hacmi
135.670 m³
Regülasyon oranı
% 57
hacmi
1,030 hm³
Kret uzunluğu
Kret genişliği
Kil dolgu hacmi
Filtre
Geçirimli
dolgu
dolgu
2.PLANLAMANIN YENĠLENMESĠ
Barajın yapımı uzun yıllar aldığından değiĢen Ģartlar çerçevesinde su kaynaklarının yönetimi
kapsamında barajın yeniden planlaması zorunluluğu ortaya çıkmıĢtır. DeğiĢen Ģartlar
kapsamında açık iletim sisteminden kapalı iletim sistemine geçiĢ, Milas Belediyesi‘nin içmekullanma-endüstri suyu talebi, eski planlamasında öngörülmesine rağmen yapılmayan
Değirmendere çevirmesi, imar alanlarının geniĢlemesi sonucunda sulama alanındaki azalma
sayılabilir. Yeni planlama çalıĢmasında; mevcut kaynakların belirlenmesi, ihtiyaçların
belirlenmesi ve karĢılanması çalıĢmaları yapılmaktadır.
3.ĠÇMESUYU VE SULAMA
Ġçmesuyu talebinde bulunan Milas Belediyesi‘nin nüfus projeksiyon eğrisi ġekil 1‘de verilmiĢtir
[Uyan ve Üstün, 2010].
793
ġekil 1. Milas Belediyesi Nüfus Projeksiyon Eğrisi
DeğiĢik yöntemlere göre yapılan ileriye yönelik nüfus tahminlerinden aritmetik artıĢ yöntemi
seçilmiĢtir. Milas ve Beçin Belediyeleri içme-kullanma-endüstri suyu ihtiyacı mevcut durumda
yer altı sularından karĢılanmakta olup, bu kaynaklardan çekilen ve tahakkuk ettirilen su miktarı
belirlenmiĢtir. Bu verilerden yola çıkarak 2045 yılına kadar içme-kullanma-endüstri suyu ihtiyacı
belirlenerek Tablo 2‘de Milas Belediyesi için verilmiĢtir. Bu çalıĢma 2009 yılında yapıldığından
2010 ve sonrasında her beĢ yıl için tahminler yeralmıĢtır.
794
Tablo 2. Ġçme-Kullanma-Endüstri suyu ihtiyacı
Net Su Ġhtiyacı
Yıl
Toplam Net Su
Toplam Brüt Su
Ġlave
Mesken
Ticari Kamusal Sanayi Turizm
Ġhtiyacı
Kayıp
Ġhtiyacı
turistik
Nüfus nüfus l/k/g hm3/yıl hm3/yıl hm3/yıl hm3/yıl hm3/yıl l/k/g hm3/yıl l/s
%
l/k/g hm3/yıl l/s
355
87
1,618
0,235
0,142
0,000
0,015
107
2,010
64
26
145
2,714
86
2010 52.046
365
93
1,767
0,242
0,146
0,007
0,016
114
2,177
69
28
158
3,017
96
2015 57.400
415
99
2,075
0,275
0,166
0,045
0,020
122
2,580
82
27
167
3,532
112
2020 62.755
464
105
2,406
0,310
0,187
0,090
0,024
131
3,016
96
26
177
4,080
129
2025 68.109
513
111
2,762
0,346
0,209
0,141
0,028
139
3,486
111
25
186
4,660
148
2030 73.464
563
117
3,140
0,384
0,232
0,200
0,032
148
3,989
126
24
195
5,271
167
2035 78.818
612
123
3,543
0,423
0,256
0,266
0,037
156
4,525
143
23
204
5,911
187
2040 84.172
662
129
3,969
0,464
0,281
0,338
0,042
165
5,095
162
23
212
6,580
209
2045 89.527
711
135
4,418
0,507
0,307
0,418
0,048
173
5,698
181
22
221
7,276
231
795
2009 50.975
Tablo 2‘deki veriler kullanılarak aylık toplam ihtiyaçlara geçilmiĢtir. Bu miktarlar barajdan
ayrılmıĢ olup geri kalan suyla ne kadarlık bir alanın sulanabileceği bulunmuĢtur. Hidroloji
iĢletme çalıĢması sonucunda içmesuyu ayrıldıktan sonra toplam sulanabilecek alan brüt 1624 ha
olarak hesaplanmıĢtır [Koç, 2010]. Genel yerleĢim planı ġekil 2‘de verilmiĢtir. Buradaki
kahverengi alanlar sulanamaz alanlar olarak belirlenmiĢtir [KerpiĢci, 2010].
MİLAS
BEÇİN
ġekil 2. Genel yerleĢim planı
Ġçme-kullanma-endüstri suyu iletim hattı ve sulama suyu iletim hattı harita üzerinde belirlenmiĢ
olup gerekli sanat yapıları planlanmıĢtır. Barajdaki suyun arıtılması gerektiğinden uygun kot ve
konuma arıtma tesisi planlanmıĢtır. Arıtma tesisi yeri seçenekler arasından seçilmiĢtir.
796
4.ARITMA TESĠSĠ YERĠ SEÇĠMĠ
Milas ve Beçin‘e hizmet verecek arıtma tesisi uygun boyutları 150 x 150 m olarak saptanmıĢtır.
Barajdan Ģehir depolarına düz bir yol izlendiğinde arıtma tesisi yerleĢim kotu 109,70 - 119,70 m
arasında olacağı hesap edilmiĢtir. Arıtma tesisi farklı konumları için fazladan katedilen yol için
enerji kaybı eklenmelidir. Arıtma tesisi yeri farklı kotlara göre enerji düzeylerine ayrılarak
sınıflandırılmıĢtır. A enerji düzeyindeki 119,70 m kotu yaklaĢık 120 m olarak kabul edilmiĢtir.
Arıtma tesisi seçenek kotları:
A Enerji Düzeyi: 120 m ve üzeri tek pompaj enerji kayıpsız;
B Enerji Düzeyi: 86 – 120 m enerji kayıpsız çift pompaj;
C Enerji Düzeyi: 80 – 86 m az enerji kaybı çift pompaj;
D Enerji Düzeyi: 56 – 80 m arası çok enerji kaybı arıtmadan sonra pompaj;
E Enerji Düzeyi: 56 m ve altı aĢırı enerji kaybı arıtmadan sonra pompaj.
4.1.A Enerji Düzeyi
120 m ve üzeri tek pompaj enerji kayıpsız seçenekler incelenmiĢtir.
4.1.1.Baraja yakın olan seçenekler (AA)
Bu alternatiflerde Beçin‘e içmesuyu hattı AB grubu seçeneklere göre 3 – 4 km daha kısa
olmaktadır. Bu seçeneklerin ortak avantajı yapılaĢmaya uzak olması, dezavantajı ise Ģehir içi
dağıtım depolarına uzak olmasıdır. Su, dağıtım tesislerine gidene kadar sızıntı ve klor etkisinin
azalması olabilir. Bu alternatifler belediye mücavir alan sınırları dıĢındadır. Barajın güney
doğusunda iki adet daha yer olup boyutları yetersiz olduğundan burada verilmemiĢtir.
AA1- Baraj Mutlak Koruma Sahası İçinde Kalan Seçenek
Bu seçenek baraj yolu üzerinde tepelik bir arazi olup kotu 112 m – 122 m arasındadır. Uzunluk
olarak uygun olup geniĢlik olarak fazla dolgu yapmadan ancak 60 – 70 m geniĢliğe sahiptir.
Ġçmesuyu tesisi olduğu için baraj mutlak koruma sahası içinde kalmasında bir sakınca yoktur.
Enerji hattının olması, yolunun olması bu seçeneğin avantajlarıdır.
AA2- Kadiroğlu Tepesi Seçeneği
Bu tepe kotu 123 m‘dir. Kot olarak uygun olmasına karĢılık geniĢlik olarak az miktarda dolguyla
50 m civarındadır. Arazinin uzunluğu ise yeterlidir. Yolu, elektriği yoktur.
4.1.2.ġehir içi dağıtım depolarına yakın olan seçenekler (AB)
Bu alternatiflerin avantajı tercih edilen bir durum olan Ģehir içi dağıtım depolarına yakın
olmasıdır. Bu alternatiflerde Beçin‘e içmesuyu hattı AA grubu alternatiflere göre 3 – 4 km daha
uzun olmaktadır. Bu alternatiflerin ortak dezavantajı yapılaĢmaya yakın olmasıdır. Bu
alternatifler imar görmemesine rağmen belediye 1/100 000‘lik çevre il düzeni sınırları içindedir.
AB1- Burgaz Tepe Karşısı Yol Altı Saha
Bu alternatifte geniĢlik-uzunluk-kot sorunu yoktur. 100 m yakınlarına kadar yapılaĢmalar vardır.
AB2- Burgaz Tepe Karşısı Sırt
Sırt uzunluğu ve geniĢliği uygun olmasına karĢılık uzun kenarı boyunca biraz fazlaca dolgu
gerekmektedir. Mevcut yapılara çok yakın olmamasına karĢılık yakınlarında yapılaĢma olabilir.
797
4.2.B Enerji Düzeyi
86 – 120 m enerji kayıpsız çift pompaj seçenekleri incelenmiĢtir.
B1- Çukurluk Alan
100 m kotundadır. Çukurluk alan 1/25000‘lik haritaya göre kuru dere yatağı olup geniĢlikuzunluk-kot sorunu yoktur. Bu seçeneğin avantajı tercih edilen bir durum olan Ģehir içi dağıtım
depolarına yakın olmasıdır. Bu alternatifte Beçin‘e içmesuyu hattı AA grubu seçeneklere göre 3
– 4 km daha uzun olmaktadır. Bu alternatifin dezavantajı yapılaĢmaya yakın olmasıdır. Bu
seçenek imar görmemesine rağmen belediye 1/100 000‘lik çevre il düzeni sınırları içindedir.
B2- Şeyh Dede Türbesi’nin bir üst tepesi olup 95 m kotundadır. GeniĢlik-uzunluk sorunu yoktur.
Elektrik ve yolu yoktur.
4.3.D Enerji Düzeyi
D1- Yaklaşık 65 m kotlarında ovada baraj çıkıĢında düz arazi olup boyut sorunu yoktur. Elektrik
ve yolu vardır.
D2- Yaklaşık 64 m kotlarında ovada barajın biraz altında düz arazi olup boyut sorunu yoktur.
Elektrik ve yolu vardır.
4.4.Uygun Bulunan Seçenek
Yukarıda verilen seçenekler arasından AB1- Burgaz Tepe Karşısı Yol Altı Saha seçeneği Ģehir içi
dağıtım depolarına yakın olduğu için uygun bulunmuĢtur.
5.TESĠS MALĠYETLERĠ, VERĠMLĠLĠK VE MALĠYET TAKSĠMĠ
Proje verimliliğinin hesaplanabilmesi için öncelikle yıllık gider tablosu oluĢturulmuĢ ve Tablo
3‘te verilmiĢtir. Buna göre toplam yıllık gider 14.512.020 TL olmuĢtur. Tablo 4‘te ise iç karlılık
oranı hesaplanmıĢ olup faiz oranı yaklaĢık % 25 olarak bulunmuĢtur. Tablo 5‘te ise maliyet
taksimi yapılmıĢ ve verimlilikler hesaplanmıĢ olup tüm projenin verimliliği 2,63; ortak
tesislerdeki maksat hisseleri içmesuyu için % 37, sulama için % 63 olarak bulunmuĢtur.
798
Tablo 3. Yıllık Gider
ĠNġAAT
S.
ÜNĠTE
NO
FAĠZ
TESĠS
KEġĠF
BEDELĠ
% 15 Etüd
Proje ve
Kont. Hiz.
BEDELĠ
SÜRESĠ
TL
TL
PROJE
BEDELĠ
TL
ĠnĢaat
Süresince
Faiz
Faktörü
ĠnĢaat
Süresince
Faiz
YATIRIM
BEDELĠ
Faiz Amort.
Bedeli
Yenileme
Bedeli
ĠĢletme
Bakım
Gideri
TL
YILLIK
GĠDER
TL
1
Dipsavak ve Vanalar
2,50
578.018 664.721
99.708
764.429
0,2547
194.690
959.119
63.831
0
0
63.831
2
Yollar
4,75
4.885.599 5.618.439
842.766
6.461.205
0,5389
3.482.096
9.943.301
539.523
183
224.738
764.444
3
Tüneller
4,50
992.496 1.141.370
171.205
1.312.575
0,5044
662.064
1.974.639
109.603
37
5.707
115.347
4
Gövde ve Batadolar
3,50
31.521.635 36.249.880
5.437.482
41.687.362
0,3739
15.586.152
57.273.514
3.480.977
1.180
181.249
3.663.407
5
Site Tesisleri
4,75
198.086 227.799
34.170
261.969
0,5389
141.181
403.151
21.875
0
0
21.875
6
Dolusavak
3,50
4.219.387 4.852.295
727.844
5.580.140
0,3739
2.086.314
7.666.453
465.953
158
48.523
514.634
7
Müteferrik ĠĢler
4,75
69.690 80.143
12.021
92.165
0,5389
49.670
141.834
7.696
3
4.007
11.706
8
Değirmendere çevirmesi
0,50
2.338.899 2.689.733
403.460
3.093.193
0,0464
143.594
3.236.787
258.288
88
26.897
285.273
2.798.772
21.457.252
0,0950
2.038.439
23.495.691
1.791.723
607
373.170
2.165.500
43.125
330.625
0,0950
31.409
362.034
27.608
1.190
4.313
33.110
799
9
Sulama tesisleri
1,00
16.224.765 18.658.480
10
Sulama E/M
1,00
250.000 287.500
11
Sulama Pompaj gideri
124.719
12
Sulama pompaj personel gideri
38.400
13
Ġçmesuyu tesisleri
1,00
12.736.381 14.646.838
14
Ġçmesuyu E/M
1,00
700.000 805.000
15
Ġçmesuyu Pompaj gideri
159.308
16
Ġçmesuyu Pompaj personel gideri
38.400
17
Ġçmesuyu arıtma gideri
176.807
18
BARAJ KAMULAġTIRMA
3,50
0 0
0
6.530.138
0,3739
2.441.501
8.971.639
627.071
627.071
19
SULAMA KAMULAġTIRMA
1,00
0 0
0
932.877
0,0950
88.623
1.021.500
89.582
89.582
20
ĠÇMESUYU KAMULAġTIRMA
1,00
0 0
0
932.877
0,0800
74.630
1.007.507
76.256
76.256
21
PROJE-KONTROLLÜK
1.237.631
1.237.631
22
FAĠZ
2.197.026
16.843.864
0,0800
1.347.509
18.191.373
1.197.274
758
292.937
1.490.969
120.750
925.750
0,0800
74.060
999.810
65.803
4.672
12.075
82.550
12.888.330
28.441.932
TOPLAMLAR
74.714.956
85.922.199
12.888.330
107.206.421
28.441.932
2.731.201
135.648.353
12.791.896
2.731.201
8.874
1.173.615
14.512.020
Tablo 4. ĠKO
GİDERLER
YIL
GELİRLER
Faiz %
Yatırım +
İşletme
Enrj,Arıt,
Tar.
TOPLAM
Tarımsal
İçmesuyu
TOPLAM
NAKİT
Yenileme
Gideri
Per.Gid.
Gel. Kay.
GİDER
Fayda
Geliri
GELİR
AKIMI
TL
TL
TL
TL
TL
TL
TL
TL
1
1.625.583
0
0
0
1.625.583
0
0
0
2
19.007.000
0
0
0
19.007.000
0
0
0
3
35.527.263
0
0
0
35.527.263
0
0
0
4
0
0
0
0
0
0
0
0
5
42.650.684
0
0
0
42.650.684
0
0
6
0
1.173.615 537.635
3.375
1.714.625
2.259.235
28.504.153
7
0
1.173.615 537.635
3.375
1.714.625
5.364.167
8
0
1.173.615 537.635
3.375
1.714.625
9.512.905
9
0
1.173.615 537.635
3.375
1.714.625
10
0
1.173.615 537.635
3.375
11
0
1.173.615 537.635
26
0
1.173.615 537.635
27
0
28
29
24,7080074
TL
-1.625.583
19.007.000
35.527.263
-1.303.511
0
0
0
42.650.684
30.763.387
29.048.763
7.722.565
28.504.153
33.868.320
32.153.695
6.854.417
28.504.153
38.017.058
36.302.433
6.205.561
9.601.698
28.504.153
38.105.851
36.391.227
4.988.243
1.714.625
9.646.080
28.504.153
38.150.233
36.435.608
4.004.817
3.375
1.714.625
9.646.080
28.504.153
38.150.233
36.435.608
3.211.355
3.375
1.714.625
9.646.080
28.504.153
38.150.233
36.435.608
117.024
1.173.615 537.635
3.375
1.714.625
9.646.080
28.504.153
38.150.233
36.435.608
93.838
0
1.173.615 537.635
3.375
1.714.625
9.646.080
28.504.153
38.150.233
36.435.608
75.246
0
1.173.615 537.635
3.375
1.714.625
9.646.080
28.504.153
38.150.233
36.435.608
60.338
30
0
1.173.615 537.635
3.375
1.714.625
9.646.080
28.504.153
38.150.233
36.435.608
48.383
31
0
1.173.615 537.635
3.375
1.714.625
9.646.080
28.504.153
38.150.233
36.435.608
38.797
32
0
1.173.615 537.635
3.375
1.714.625
9.646.080
28.504.153
38.150.233
36.435.608
31.111
33
0
1.173.615 537.635
3.375
1.714.625
9.646.080
28.504.153
38.150.233
36.435.608
24.947
34
0
1.173.615 537.635
3.375
1.714.625
9.646.080
28.504.153
38.150.233
36.435.608
20.004
35
0
1.173.615 537.635
3.375
1.714.625
9.646.080
28.504.153
38.150.233
36.435.608
16.041
36
0
1.173.615 537.635
3.375
1.714.625
9.646.080
28.504.153
38.150.233
36.435.608
12.863
37
0
1.173.615 537.635
3.375
1.714.625
9.646.080
28.504.153
38.150.233
36.435.608
10.314
38
0
1.173.615 537.635
3.375
1.714.625
9.646.080
28.504.153
38.150.233
36.435.608
8.271
39
0
1.173.615 537.635
3.375
1.714.625
9.646.080
28.504.153
38.150.233
36.435.608
6.632
40
1.092.500
1.173.615 537.635
3.375
2.807.125
9.646.080
28.504.153
38.150.233
35.343.108
5.159
41
0
1.173.615 537.635
3.375
1.714.625
9.646.080
28.504.153
38.150.233
36.435.608
4.264
42
0
1.173.615 537.635
3.375
1.714.625
9.646.080
28.504.153
38.150.233
36.435.608
3.420
43
0
1.173.615 537.635
3.375
1.714.625
9.646.080
28.504.153
38.150.233
36.435.608
2.742
44
0
1.173.615 537.635
3.375
1.714.625
9.646.080
28.504.153
38.150.233
36.435.608
2.199
45
0
1.173.615 537.635
3.375
1.714.625
9.646.080
28.504.153
38.150.233
36.435.608
1.763
46
0
1.173.615 537.635
3.375
1.714.625
9.646.080
28.504.153
38.150.233
36.435.608
1.414
47
0
1.173.615 537.635
3.375
1.714.625
9.646.080
28.504.153
38.150.233
36.435.608
1.134
48
0
1.173.615 537.635
3.375
1.714.625
9.646.080
28.504.153
38.150.233
36.435.608
909
49
0
1.173.615 537.635
3.375
1.714.625
9.646.080
28.504.153
38.150.233
36.435.608
729
50
1.696.594
1.173.615 537.635
3.375
3.411.219
9.646.080
28.504.153
38.150.233
34.739.014
557
51
0
1.173.615 537.635
3.375
1.714.625
9.646.080
28.504.153
38.150.233
36.435.608
469
52
0
1.173.615 537.635
3.375
1.714.625
9.646.080
28.504.153
38.150.233
36.435.608
376
53
0
1.173.615 537.635
3.375
1.714.625
9.646.080
28.504.153
38.150.233
36.435.608
301
54
0
1.173.615 537.635
3.375
1.714.625
9.646.080
28.504.153
38.150.233
36.435.608
242
55
0
1.173.615 537.635
3.375
1.714.625
9.646.080
28.504.153
38.150.233
36.435.608
194
-12.221.511
-18.318.028
-14.140.159
TOPLAM 0
800
Tablo 5. Maliyet Taksimi
A) Projenin her
geliri:
İçmesuyu Geliri
Sulama Geliri
amacının
296.833.910
100.503.926
B) Seçenek proje giderleri
İçmesuyu gideri
Sulama gideri
51.895.293
85.921.285
C) Savunulabilir gider
İçmesuyu
Sulama
51.895.293
85.921.285
D) Özel Giderler
İçmesuyu
Sulama
20.994.246
28.828.925
E) Artakalan faydalar
İçmesuyu
Sulama
30.901.047
57.092.361
F) Ortak giderin bölüşümü
Projenin tüm gideri
Ortak tesislerin gideri
Ortak giderden içmesuyu
amacına düşen
Ortak
giderden
sulama
amacına düşen
oran
0,35
0,65
151.123.932
101.300.761
35.574.251
65.726.510
G) Toplam giderin bölüşümü
(her bir amaç için aranan
gider)
İçmesuyu
56.568.497
Sulama
94.555.435
İçmesuyu
Sulama
Tüm proje
ortak tesislerdeki maksat
hisseleri
0,37
0,63
Gelir
296.833.910
100.503.926
397.337.836
Gider
56.568.497
94.555.435
151.123.932
801
Verimlilik
5,25
1,06
2,63
6.SONUÇ
Akgedik Barajı‘nın yenilenen planlama çalıĢmaları kapsamında içmesuyu taleplerine yönelik
nüfus tahminleri yapılmıĢ, buna bağlı olarak içmesuyu ihtiyaçları belirlenmiĢ ve arta kalan su da
sulamaya verilerek 1642 ha alanın sulanması planlanmıĢtır. Proje kapsamında arıtma tesisi yeri
seçenekler arasından seçilmiĢtir. Yapılan maliyet, verimlilik ve maliyet taksimi çalıĢmaları
sonucunda proje verimli bulunmuĢtur.
KAYNAKLAR
1. Anonim (2010) DSĠ 21 Bölge Müdürlüğü Barajlar ve HES ġube Müdürlüğü Milas projesi
Akgedik barajı ve Milas ovası sulaması çalıĢmaları.
2. Üstün, H.G., Uyan, H. (2010) DSĠ 21. Bölge Müdürlüğü Planlama ġube Müdürlüğü Milas
projesi Akgedik barajı ve Milas ovası sulaması revize planlama raporu çalıĢmaları.
3. Koç, S. (2010) DSĠ 2. Bölge Müdürlüğü Planlama ġube Müdürlüğü Milas projesi Akgedik
barajı ve Milas ovası sulaması revize planlama raporu çalıĢmaları.
4. KerpiĢci, K.Y. (2010) DSĠ 21. Bölge Müdürlüğü Planlama ġube Müdürlüğü Milas projesi
Akgedik barajı ve Milas ovası sulaması revize planlama raporu çalıĢmaları.
802
ĠBERYA YARIMADASI’NDA ( ĠSPANYA-PORTEKĠZ ) SU YÖNETĠMĠ
VE TÜRKĠYE ĠLE KARġILAġTIRILMASI
Sabri ġENER
Çanakkale Onsekiz Mart Üniversitesi, Ziraat Fakültesi
Tarımsal Yapılar ve Sulama Bölümü, ÇANAKKALE
[email protected]
ÖZET
Sulama insanoğlunun tarımsal üretimini güvenceye almak için, tarih boyunca on bin yıldan fazla
bir zamandan beri uyguladığı bir teknolojidir. Dünya‘da sulanan alanlar 8. Yüzyılda 0.6 milyon
ha iken, özellikle 1950 yılında 95 milyon hektar olmuĢ, daha sonra hızla artarak, 21. yüzyılın
baĢında 277 milyon hektara ulaĢmıĢtır. Ülkemizde son yarım yüzyılda yaklaĢık on kat artarak,
0.5 milyon hektardan 5.2 milyon hektara yükselmiĢtir. Dünyada sulanan alanlar, tarım
alanlarının % 18 ini oluĢturmasına karĢın tarımsal üretimin 1/3 ünden fazlasını sağlamaktadır.
Dünya‘da su gereksiniminin çeĢitli sektörlerde çok fazla artmasıyla ABD, AB, Hindistan ve Çin
gibi geniĢ sulanan alanlara sahip olan ülkeler su tasarrufu sağlayan teknolojileri desteklemeye
birinci öncelik vermeye baĢlamıĢlardır. AB ülkeleri Su Çerçeve Yönetmeliği (WFD) ne uygun
tedbirler almaktadırlar.
Sulamanın ekonomik ve sosyal yapıya olan bu olumlu etkileri yanında, uygun sulama
yapılmaması, aĢırı su kullanımı sonucunda ortaya çıkan olumsuz bazı etkileri de bulunmaktadır.
AĢırı su kullanımını etkileyen en önemli etmenler, fazla sayıda izinsiz kuyu açılması, sulama
birliklerinin su yönetimindeki baĢarısızlığı ve damla sulama sistemlerinin yaygın kullanımının
sağlanamaması olarak gösterilmektedir.
Ġspanya‘da suyun etkin kullanımı konusunda önemli geliĢmeler kaydedilmiĢtir. Açık sulama Ģebekeleri
yerine kapalı borulu sulama sistemlerine geçilmiĢtir. Tarımsal sulamada su sayaçları kullanımı
yaygınlaĢtırılarak su kayıpları azaltılmıĢ, su ücreti kullanılan su miktarına göre alınmaya baĢlamıĢtır.
Türkiye‘de ve Portekiz‘de de su kayıplarını azaltmaya yönelik ciddi çalıĢmalar yapılmaktadır. Ancak
özellikle tarımsal sulamada yeni sulama teknolojilerinin yaygınlaĢtırılabilmesi için ek tedbirler
alınmalıdır.
Anahtar Kelimeler: Sulama, Türkiye, Ġspanya, Portekiz, su yönetimi.
WATER MANAGEMENT IN THE IBERIAN PENINSULA
AND COMPARISON WITH TURKEY
ABSTRACT
Irrigation is a technology applied by human being more than ten thousand years to ensure the
agricultural production. Irrigated area has expanded dramatically from 0.6
803
million ha in the 8th century worldwide to 95 million ha in 1950 and to about 277 million ha by
the 21st century. Irrigated land represents about 18% of the cultivated land, but accounts for
one-third of the world‘s food. Irrigated land has also increased from 0.5 million ha in 1950‘s to
5.42 million ha today in Turkey.
Many countries, such as USA, EU, India and China revised their irrigation legislation,
subsidizing their farmers for water and energy saving irrigation equipment. EU countries took
steps in conformity with Water Framework Directive (WFD).
Poor management of the irrigation water mainly from the inadequacy of irrigation unions to
extend the use of new irrigation technologies which results excess water use and drilling
illegitimate tube wells. Effective use of world water resources will ensure maximum sustainable
productivity without creating environmental problems.
Recently, big progresses have been made on the effective use of irrigation water in Spain. Closed
pipes installed instead of open channels, use of water meters and paying for the amount of water
have been enforced and as result water losses have been decreased. Although a lot of efforts
have been put into practice to decrease the water losses in Turkey and Portugal, new measures
are needed to enhance the effective use of irrigation water and extend the use of new irrigation
technologies.
Keywords: Irrigation, Turkey, Spain, Portugal, water management.
1.GĠRĠġ
Sulama insanoğlunun tarımsal üretimini güvenceye almak için, tarih boyunca on bin yıldan fazla
bir zamandan beri uyguladığı bir teknolojidir. Dünya‘da sulanan alanlar 8. Yüzyılda 0.6 milyon
ha iken, özellikle 1950 yılında 95 milyon hektar olmuĢ, daha sonra hızla artarak, 21. yüzyılın
baĢında 277 milyon hektara ulaĢmıĢtır. Ülkemizde son yarım yüzyılda yaklaĢık on kat artarak,
0.5 milyon hektardan 5.2 milyon hektara yükselmiĢtir. Dünyada sulanan alanlar, tarım
alanlarının % 18 ini oluĢturmasına karĢın tarımsal üretimin 1/3 ünden fazlasını sağlamaktadır.
Yeryüzünde en fazla sulanan alana sahip 10 ülke Tablo 1‘de gösterilmiĢtir.
―Sulama, kurak ve yarı kurak bölgelerde bitkilerin geliĢmesi için gerekli olan, fakat doğal
yollarla karĢılanamayan suyun ihtiyaç duyulan miktarda ve zamanda-çevre sorunu da
yaratmadan- toprağa verilmesi‖ olarak tanımlanmaktadır. Ancak sulama sayesinde artan dünya
nüfusunun beslenmesi mümkün olabilmiĢtir. Gelecekte küresel ısınmanın da etkisiyle sulamanın
önemi daha da artacaktır. Sulamanın en önemli etkilerinden biriside sulu tarım ile
monokültürden polikültüre geçiĢin sağlanmasıdır. Böylece pazar değeri yüksek olan bitkilerin
yetiĢtirilmesi olanağı bulunur ve bunların iĢlenmesi, pazarlanması ile yeni iĢ olanakları yaratılır.
Sulu tarımda iĢgücü gereksinmesi kuru tarımın 4.4 katıdır. Ürün çeĢitliliği ve çiftçinin güvenilir
bir ekonomik düzeye eriĢmesi, daha fazla tarımsal girdi kullanımını sağlar. Bu geliĢmelerin
sonucu olarak
804
Tablo 1. Dünya‘da en fazla sulanan alana sahip olan ülkeler [ ICID, 2005]
Ülke
Hindistan
Çin
Amerika
Pakistan
Ġran
Meksika
Türkiye
Tayland
Endonezya
Rusya
Toplam
Dünya
Nüfus
(106)
1050
1292
291
150
68
102
68
62
217
144
3444
6225
Toplam Alan
(106 ha)
329
960
963
80
165
196
78
51
190
1708
4718
13428
Tarım Alanları
(106 ha)
184
130
178
22
20
29
26
19
34
125
767
1534
Sulanan Alanlar
(106 ha)
56.8
55.9
22.5
17.8
8.1
6.3
5.2
5.0
4.8
4.6
187.0
277.0
tarımsal üretimin iklime bağlılığı azaltılarak, verim artıĢı ve çiftçinin gelir düzeyinin
yükseltilmesi sağlanmıĢ olmaktadır.
Dünya‘da su gereksiniminin çeĢitli sektörlerde çok fazla artmasıyla ABD, AB, Hindistan ve Çin
gibi geniĢ sulanan alanlara sahip olan ülkeler su tasarrufu sağlayan teknolojileri desteklemeye
birinci öncelik vermeye baĢlamıĢlardır. Bazı gıdaların üretimi için su gereksinimi aĢağıda olduğu
gibidir.
1 kg
Mısır
Fasulye
Patates
Litre
909
359
255
1 kg
Dana eti
Domuz eti
Tavuk eti
Litre
15 497
6 309
3 918
Dünyanın su kaynakları 1.36 x1018 m3 olup bunun % 97.27 si okyanuslarda ve denizlerde tuzlu
su olarak bulunmaktadır. Geriye kalan % 3 den az olan kısmı derin buzullarda, yer altı
sularında, nehirlerde, bataklık ve göllerde bulunmaktadır. Yararlanılabilen tatlı su kaynakları
toplam su kaynaklarının yaklaĢık % 0.3 ü kadardır.Diğer tarftan dünya‘da insan baĢına düĢen su
miktarı her geçen yıl azalmaktadır.
Yıl
1950
m3
12 050
Yıl
2025
m3
5 120
2000
7 310
2050
4 580
Dünyada sanayileĢmenin artmasıyla birlikte çevresel sorunlar da artmaktadır. Son yıllarda
yapılan araĢtırmalar, sera etkisi yaratan gazların özellikle CO2 emisyonunun atmosferi bir
battaniye gibi sararak dünya ikliminde ısınmaya yol açtığını göstermektedir.
Küresel ısınma
veya iklim değiĢiminin en önemli göstergeleri son zamanlarda yağıĢ miktarındaki değiĢim,
fırtına ve sellerin artmasıdır. Bilimsel ölçümlere göre 20. yüzyılda yeryüzünde ortalama sıcaklık
10 C artmıĢtır. 21. yüzyılda Avrupa kıtasında küresel ısınmadan en olumsuz etkilenecek bölgeler,
Akdeniz havzası ile Alp Dağları olmaktadır. Küresel ısınma Akdeniz havzasında kuraklık
yaratacak, orman yangınları çıkacak, tarım alanlarını bir kısmı yok olacak ve Akdeniz
havzasında yaĢayan insanların % 14 - % 38 i, su sıkıntısı çekecektir. Türkiye‘de ve dünyada
suyun en fazla kullanıldığı alan (kullanılan suyun ortalama % 70‘i) tarım sektörüdür. Dolayısıyla
805
kurak ve yarı kurak iklimlerde üretimin sigortası olan tarımsal sulamada suyun tasarruflu
kullanımı büyük önem taĢımaktadır.
Sulamanın ekonomik ve sosyal yapıya olan bu olumlu etkileri yanında, uygun sulama
yapılmaması sonucunda ortaya çıkan olumsuz bazı etkileri de bulunmaktadır. Houdret‘e [2006]
göre; Fas‘ta yer üstü suları 15.8x109 m3, yeraltı suları 9.0x109 m3 (yeraltı sularının 2.7x109 m3
kullanılmakta) Bu miktarın %50 den fazlası çeĢitli nedenlerle kirlenmiĢ durumdadır. KiĢi baĢına
su miktarı 1955 yılında 2800 m3/yıl iken 2004‘te 1000 m3 /yıl dan daha aĢağı düĢmüĢtür. AĢırı
kullanım nedeni ile bazı bölgelerde suyun yetersiz oluĢu sosyal ve politik huzursuzluklara neden
olmuĢtur (Souss ve Tadla Bölgeleri) son 50 yılda Fas‘ın güneyinde narenciye yetiĢtirilen Souss
Bölgesinde yer altı su seviyesi 10-60 m düĢmüĢtür. AĢırı su kullanımını etkileyen en önemli
etmenler, fazla sayıda izinsiz kuyu açılması, sulama birliklerinin su yönetimindeki baĢarısızlığı
ve damla sulama sistemlerinin yaygın kullanımının sağlanamaması olarak gösterilmektedir.
2.TÜRKĠYE’DE SU KAYNAKLARI VE SULAMA
Dünyada ve ülkemizde tarım sektörü su kaynaklarının en büyük kullanıcısıdır. Türkiye‘de farklı
sektörlerin su kullanım oranları Ģekil. 1 de 2003 yılı (tarımın payı, % 74) ve 2030 yılı için
(tarımın payı % 65) grafiksel olarak verilmiĢtir.
Sektörel su kullanım ı (m ilyar m 3-2030)
Toplam 112 m ilyar m 3
Sektörel su kullanım ı (m ilyar m 3-2003)
Toplam 40.1 m ilyar m 3
Sanayi; 4,3
milyar m3
Sanayi; 22
milyar m3
İçme suyu;
6,2 milyar
m3
İçme suyu;
18 milyar
m3
Sulama;
29,6 milyar
m3
Sulama; 72
milyar m3
ġekil 1. Türkiye‘de 2003 ve 2030 yıllarında farklı sektörlerde su kullanım oranları [DSĠ,2007]
Türkiye‘de, basınçlı sulama sistemlerinin oranı (yağmurlama ve mikro sulama yöntemleri) tüm
sulamaların içinde yaklaĢık % 12 dir. Bu oran Mısır‘da % 15, Ġtalya‘da % 45-50, Ġspanya ve
Fransa‘da % 70, Ġsrail ve Kıbrıs‘ da %90-95 dir. Sadece çiftçi eğitimi ile su tasarrufu
sağlanamayacağını; çiftçi eğitimine ek olarak; farklı su tarifeleri, basınçlı sulama sistemleri
kullanmada sübvansiyon gibi finansal, yasal ve idari tedbirlerin de alınması gerektiğini yaĢanan
deneyimler göstermiĢtir.
Türkiye‘nin mevcut su potansiyeline göre kiĢi baĢına düĢen yıllık kullanılabilir su miktarı 1500
m3‘tür. Nüfus artıĢı sonucu bu miktar 2030 yılında 1220 m3‘e inecektir. Dünya ölçülerine göre
yıllık kiĢi baĢına düĢen su miktarı 1000 m3 ten az ülkeler su fakiri, 2000 m3‘ten 3000 m3‘e kadar
olan ülkeler az suyu olan, 8000 m3‘ten fazla olan ülkeler su zengini ülkeler olarak adlandırılıyor.
Bu durumda ülkemizin su zengini bir ülke olmadığı açık bir Ģekilde görülmektedir.
Son yıllarda Tarım Bakanlığının modern teknolojileri kullandırmaya yönelik sulama sistemleri
için baĢlattığı projeye dayalı destek (subvansiyon) uygulamaları ve Ziraat Bankasının sıfır faizli
5 yıl vadeli kredi olanakları tarımsal sulamada bu yöntemlerin kullanımını artırarak su
kaynaklarımızdan daha etkili bir Ģekilde yararlanmamızı sağlayacaktır.
806
2011 Yılı itibariyle, Türkiye‘de yapılan büyük baraj sayısı : 253 adet, gölet sayısı: 424 adet olup
toplam 677 adettir. Barajlarda ve göletlerde depolanan su miktarı 144 milyar m3, iĢletmeye alınan sulama
alanı 5.42 x106 hektardır [DSĠ, 2011].
2030 Yılı için öngörülen hedef barajlarda ve göletlerde depolanacak su miktarı 186.5 milyar m3 tür.
Yapılacak ilave baraj sayısı 369 adet, yapılacak ilave gölet sayısı 1020 adet, depolanması hedeflenen su
miktarı 186.5 milyar m3, iĢletmeye açılacak ilave sulama alanı 3.08 milyon hektar
içme, kullanma ve sanayi için temin edilecek ilave su miktarı 28 milyar m3tür. [Oğuz,2007].
Türkiye, Ġspanya ve Portekiz‘de Baraj sayıları ve Hidro-elektrik Kapasiteleri, ülkelerin alanları ve
nüfusu ile karĢılaĢtırmalı olarak tablo 2 de verilmiĢtir (Anonim, 2010).
Tablo 2. Türkiye, Ġspanya ve Portekiz‘de Baraj sayıları ve hidro-elektrik kapasiteleri (anonim,
2010)
Türkiye
Ġspanya
Portekiz
673
1224
42
14 500
18 559
4 959
25.4
7.5
15.4
Yüzölçümü (km2)
783 577
505 782
92 090
Nüfusu *
74 815 703
46 777 373
11 317 192
ĠĢletmede olan büyük
baraj sayısı (> 60
m)**
ĠĢletmede olan kurulu
hidro elektrik
kapasitesi (MW)
Hidrolik enerjinin
payı %
KiĢibaĢına GSMH ($)*
13 500
(80.)
33 700
(39.)
10
(51.)
*[World Bank, 2009] **ICOLD (International Comission on Large Dams)kriterlerine göre
3.ĠSPANYA’DA SU KAYNAKLARI VE SULAMA
Ġspanya AB içinde yağıĢın en düĢük (< 600 mm) buna karĢılık bitki su tüketiminin (ET0) en
yüksek olduğu ülkelerden birisidir. Son yıllarda AB ve WFD (su çerçeve direktifi) prensiplerine
dayalı yeni bir ―Su Yönetimi ve Kullanımı Programı‖ (AGUA) uygulamasına geçmiĢtir. Bu
programın amaçları:
Ġspanya‘da su yönetimindeki eksiklikleri gidermek
Su kullanımı konusunda bilgi eksiklerini gidermek ve halkı eğitmek
Su tasarrufu sağlayan ve çevreyi en az etkileyen sulama ve su kullanım teknolojilerini
yaygınlaĢtırmaktır.
Programın uygulama takvimi:
2000 Yönetmelik hazırlanması
2004-2008 AGUA proğramının uygulanması
2015 AB içindeki tüm su kaynaklarının iyi ekolojik koĢullara kavuĢturulmasıdır.
Son 15 yılda bu yönde hızlı geliĢmeler yaĢanmıĢtır. Yeni barajlar yapılarak depolama
kapasitesi artırılmıĢtır.
Yıl
Baraj sayısı
1900
60
1950
270
2000
> 1000
2010
> 1200
807
Açık sulama Ģebekeleri yerine kapalı borulu sulama sistemlerine geçilmiĢtir. Tarımsal sulamada
su sayaçları kullanımı yaygınlaĢtırılarak su kayıpları azaltılmıĢ, su ücreti kullanılan su miktarına
göre alınmaya baĢlamıĢtır. Su ücretleri yeniden düzenlenerek aĢağıdaki değerlere yükselmiĢtir.
ĠyileĢtirilmeden önce
2-3 cent €/m3
ĠyileĢtirilmeden sonra
5-6 cent €/m3
Enerji-Pompaj varsa
9 cent €/m3
Yeni baraj sulamalarında 12-15 cent €/m3
100 €/ha (4000 m3/ha su kullanan bitki için)
220 €/ha
―
360 €/ha
―
540 €/ha
―
Bunun sonucu olarak, su kullanıcıları suyun değerli bir meta olduğunu ve tasarruflu kullanılması
gerektiği konusunda daha bilinçli olmuĢlardır. Bu çalıĢmalarda harcamaların % 70 i AB
kaynaklarından, %30 u üreticilerden alınmıĢtır.
Tarımda su tasarrufu sağlamak amacıyla damla sulamanın yaygınlaĢtırılması, bitkilerin
fizyolojik dönemlerine göre düzenlenmiĢ kısıntılı sulama ( örneğin, zeytinde araĢtırmaya dayalı
kısıntılı sulama ile % 50 ye varan su tasarrufu sağlanmıĢtır) gibi yeni tarımsal uygulamalara
geçilmiĢtir.
Pamuk, mısır, Ģeker pancarı gibi bitkilerde: tam sulamadan (6 000-8 000 m3/ha) kısıntılı
sulamaya (4 000 m3/ha) geçilmesi, daha az su tüketen bitkilere örneğin bağ, badem vd. (1 500 to
3 000 m3/ha) bitki deseninde yer verilmesi gibi önlemler alınmıĢtır. Ġspanya‘da su tasarrufuna
bağlı olarak sulanan alanlarda bitki deseninde değiĢimler tablo 3 de görülmektedir [Fernandez ve
Ferreira, 2010]. Tablo 3 den anlaĢılacağı gibi, 2005 -2009 yılları arsında sulanan tarla bitkileri
alanı azalırken, zeytin, bağ, narenciye ve badem alanları artmıĢtır. Bitki fizyolojisinin daha iyi
öğrenilmesi, bitki ıslahı ve moleküler biyolojideki geliĢmeler daha az su ile (her damla ile daha
çok ürün- more crop per drop) daha çok üretim yapılabilmesini mümkün kılabilecektir.
Ġspanya‘da bu önlemlere ek olarak tuzlu deniz suyunun arıtılması gibi alternatif su
kaynaklarından da yararlanılmaktadır. Ancak bu iĢlemin maliyeti oldukça yüksek olup, çok
enerji kullandığı için, adalarda ve çok Ģiddetli kuraklık dönemlerinde Ġberya yarımadasında
kullanılmaktadır. Bu tür alternatif su kaynakları, yeraltı ve yer üstü su kaynaklarının % 1 i
kadardır.
Tablo 3. Ġspanya‘da su tasarrufuna bağlı olarak sulanan alanlarda bitki desenindeki değiĢimler
Ġspanya’da Sulanan Alanlar (ha)
Mısır
Yonca
Pamuk
ġeker pancarı
Zeytin
Bağ
Narenciye
Badem
2005
396 914
201 817
82 340
99 199
551 467
284 370
142 488
32 456
2009
336 602
165 603
55 602
49 189
689 267
337 036
152 765
37 664
Ġspanya‘da havzalar arası su transferi de gündeme gelmekte fakat yerel yönetimler arasında bu
konuda anlaĢma sağlanamamaktadır. Ġspanya‘da sulama suyu gereksinimi 22 000 hm3, barajların
kapasitesi 56 602 hm3, yer altı suyu kullanımı tüm sektörlerde 5500 hm3 tür. Sulama alanlarının
808
geniĢletilmesine izin verilmemektedir. Suyun sınırlı olduğu bölgelerde-özellikle Akdeniz
Havzasında- nüfus artĢı, turizmdeki geliĢmeler ve küresel iklim değiĢikliği nedeniyle su
kaynakları kullanımı üzerindeki baskı ve su kalitesinde bozulma artmaktadır. Su kalitesini
korumayı amaçlayan AB WFD 2005 yılından itibaren nüfusu 2000 ve daha fazla olan
yerleĢimlerde atık su arıtma tesisi kurulmasını zorunlu hale getirmiĢtir.
4.PORTEKĠZ’DE SU KAYNAKLARI VE SULAMA
Tagus Nehri ülkeyi kuzey ve güney olarak iki farklı agro-ekolojik havzaya bölmektedir. Kuzey
batı da yıllık yağıĢ 4000 mm ye ulaĢırken güney doğuda 400 mm ye düĢmektedir. Ortalama
yıllık yağıĢ 854 mm dir. ET0 ise kuzey batıda 950 mm iken güney doğuda 1400 mm
dir.YaklaĢık 3 500 000 ha tarım alanına sahiptir. Yıllara göre değiĢmekle birlikte yaklaĢık 630
000 ha alan sulanabilmektedir. En yaygın sulama yöntemi cazibe sulaması olup, yağmurlama ve
damla sulama sistemleri son yıllarda artıĢ göstermektedir.
Su kaynaklarının % 75 i tarımsal sulamada, %25 i de sanayi ve yerleĢimlerde kullanılmaktadır.
Tarımsal sulamada kullanılan suyun % 64 ü (4 210 hm3), kentsel kullanımın % 62 si yeraltı su
kaynaklarından karĢılanmaktadır [Fernandez ve Ferreira, 2010]. Türkiye, Ġspanya ve Portekiz‘de
tarım alanları ve sulanan alanlar tablo 4 de ve Ģekil 2 de verilmiĢtir.
Tablo 4. Türkiye, Ġspanya ve Portekiz‘de Tarım Alanları ve Sulanan Alanlar
Ülke
Türkiye
Ġspanya
Portekiz
Tarım Alanları (Mha)
28,05
17,30
3,70
Sulanan Alanlar (Mha)
5,42
3,40
0,63
Yüzdesi
%19
%20
%17
Tablo 4 ve Ģekil 2 de görüldüğü gibi Türkiye ve Ġspanya Akdeniz ülkesi olarak benzer sulama
yüzdesine sahiptirler. Portekiz‘de Atlas okyanusu kıyıları daha nemli olduğu için sulanan alan
yüzdesi daha düĢüktür.
ġekil 2. Türkiye, Ġspanya ve Portekiz‘de Tarım Alanları ve Sulanan Alanlar
Türkiye, Ġspanya ve Portekiz‘de uygulanan sulama yöntemleri alan olarak ve yüzde olarak tablo
5 ve Ģekil 3 de verilmiĢtir. Tablo 5 ve Ģekil 3 ün incelenmesinden görüleceği gibi, Ġspanya su ve
enerji tasarrufu sağlayan yeni sulama teknolojileri kullanma yönünden Türkiye‘den ve
Portekiz‘den daha ileri konumdadır.
809
Tablo 5. Türkiye, Ġspanya ve Portekiz‘de Uygulanan Sulama Yöntemleri (Mha) ve Yüzdeleri
Ülke
Türkiye(*)
Ġspanya(**)
Portekiz(***)
Yüzey Sulama
4,77 (%88)
1,10 (%31)
0,50 (%80)
Damla Sulama
0,27 (%5)
1,60 (%46,5)
0,08 (%12)
Yağmurlama
0,38 (%7)
0,48 (%14)
0,05 (%8)
Pivot
0,26 (%8)
-
Diğerleri
0,02 (%0,6)
-
(*) Pompaj sulamasında %85, cazibe sulamalarda %92.
(**)Son 6 yılda Ġspanya‘da yüzey sulama alanları azalmıĢ damla sulama ile sulanan alanlar
artmıĢtır. Yağmurlama ve pivot sulama alanları fazla değiĢmemiĢtir.
(***) YaklaĢık değerler.
ġekil 3. Türkiye, Ġspanya ve Portekiz‘de uygulanan sulama yöntemleri yüzdeleri
810
Türkiye‘de ve Portekiz‘de tarımsal sulamada su ve enerji tasarrufu sağlayan sulama
teknolojilerinin yaygınlaĢtırlabilmesi için, tarımsal destek, uygun proje kredileri ve teknik
yardım sağlanmasına gereksinim vardır. Her iki ülkenin kiĢibaĢına düĢen milli gelir seviyelerinin
Ġspanya‘dan daha az olması üreticilerin ilk yatırım masrafları yüksek olan yeni sulama
teknolojilerine geçmelerini yavaĢlatmaktadır.
Su tasarrufunu özendirmek için, tarımsal sulamada su sayaçları kullanımı yaygınlaĢtırılarak su
kayıpları azaltılmalı, su ücreti kullanılan su miktarına göre alınmalıdır.
Son yıllarda DSĠ yatırımlarında kapalı sulama sistemlerine öncelik verilmesi olumlu bir
geliĢmedir. Aynı Ģekilde, eski sulama projelerinin yenilenmesinde de kapalı sulama
sistemlerinin tercih edilmesi, su ve enerji tasarrufu sağlayan sulama yöntemlerinin ciddi bir
biçimde desteklenmesi sağlanmalıdır.
Ġspanya‘da olduğu gibi tam sulamadan (6 000-8 000 m3/ha) kısıntılı sulamaya (4 000 m3/ha)
geçilmesi, daha az su tüketen bitkilere örneğin bağ, badem vd. (1 500 to 3 000 m3/ha) bitki
deseninde yer verilmesi gibi önlemler alınmıĢtır.
Türkiye‘nin –toplam depolama hacmi daha fazla olmakla birlikte- büyük baraj sayısının
Ġspanya‘dan daha az olduğu görülmektedir. Yeni barajlar ve sulama tesisleri projeleme ve yapım
aĢamasında çevre etkileri çok iyi araĢtırılmalıdır.
Su kaynaklarının kirlenmesini önleyici tedbirler ödün verilmeden uygulanmalıdır.
Bitki fizyolojisi, bitki ıslahı ve moleküler biyolojideki geliĢmeler yakından takip edilmeli, bu
araĢtırmalar ülkemizde koĢullarında da çeĢitli bitkiler için yapılarak, daha az su ile (her damla ile
daha çok ürün- more crop per drop) daha çok üretim yapılabilmesi sağlanmalıdır.
6.KAYNAKLAR
1. Anonim, 2010. ―Hydropower and Dams in 2010‖ The International Journal of Hydropower
and Dams. Published by Aqua- media international ltd.
2. Fernandez, E., Ferreira, I. 2010 ―Water Management in the Iberian Peninsula:
New Solutions fort he Same Old Problems‖ IHC,Climwater, Lisboa,Portugal
3. Houdret, A. 2006. ―Privatization of irrigation water services and water conflicts‖
Overexploitation and contamination of Shared groundwater resources‖ NATO Science for
Peace and Security Programme. 1-12 October, 2006 Varna, Bulgaria
4. ICID, 2005. ―The Status of Hydropower‘s and Major dams Under Construction‖ International
Commission and Irrigation and Drainage, International Journal on Hydropower and Dams,
(www.icid.org/ country profiles).
5. Oğuz, S. 2007 ―Su kaynaklarının geliĢtirilmesinde genel değerlendirme‖ 3. Ulusal Su Müh.
Sempozyumu, DSĠ, 10-14 Eylül, Ġzmir
6. www.dsi.gov.tr/toprak ve su kaynakları, 2011. www.worldbank.org , 2009.
811
SU KALĠTESĠ
HARġĠT ÇAYINDA (GĠRESUN - TĠREBOLU) KUM - ÇAKIL OCAĞI
ĠġLETMELERĠNĠN SU KALĠTESĠNE ETKĠLERĠNĠN ĠNCELENMESĠ
Adem BAYRAM
[email protected]
Hızır ÖNSOY
[email protected]
ÖZET
Bu çalıĢmanın amacı, HarĢit Çayı‘nın Giresun Ġli, Doğankent ve Tirebolu Ġlçeleri arasında kalan
kısımda, mevcut kum-çakıl ocağı iĢletmelerinin baĢta bulanıklık ve askıda katı madde olmak
üzere inorganik kirlenme parametreleri bakımından yüzeysel su kalitesine olan etkilerini
incelemektir. Bu amaçla 2009 Mart ile 2010 ġubat tarihleri arasında, on beĢ günlük aralıklarla,
Doğankent HES sonrasında ve HarĢit Çayı‘nın Karadeniz‘e döküldüğü Tirebolu‘da seçilen iki
istasyonda bir çalıĢma gerçekleĢtirilmiĢtir. Yürütülen çalıĢmada, yerinde; bulanıklık ölçümleri,
laboratuarda; askıda katı madde (AKM), alüminyum (Al 3+), mangan (Mn 2+), toplam demir (Fe)
ve toplam krom (Cr) analizleri gerçekleĢtirilmiĢtir. Elde edilen bulanıklık ve AKM verilerin
yıllık ortalamaları dikkate alındığında, bulanıklığın ilk istasyonda 60 NTU iken, son istasyonda
135 NTU‘ya, AKM‘nin ise 30 mg/L iken 70 mg/L‘ye çıktığı tespit edilmiĢtir. Ġnorganik kirlenme
parametrelerinden toplam Fe, 1.130 mg/L den 2.378 mg/L‘ye, toplam Cr ise 0.034 mg/L‘den
0.067 mg/L‘ye çıktığı belirlenmiĢtir. Kum-çakıl ocağı iĢletmelerinin malzeme yıkamada HarĢit
Çayı‘ndan yararlanması sonucunda su kalitesinin olumsuz yönde etkilendiği anlaĢılmıĢtır.
Anahtar Kelimeler: Kum - Çakıl Ocağı ĠĢletmesi, HarĢit Çayı, su kalitesi.
EFFECTS OF SAND - GRAVEL MINING ON THE WATER QUALITY
IN THE STREAM HARSIT (GIRESUN - TIREBOLU)
ABSTRACT
Aim of this study is to investigate the effects of available sand-gravel mining activities on the
stream HarĢit water quality in terms of inorganic pollution parameters as well as turbidity and
suspended sediment in the part of Doğankent-Tirebolu. For this reason, a study was fortnightly
conducted in two monitoring stations, outlet of Doğankent HEPP, and Tirebolu where the stream
is poured into the Black Sea, between March 2009 and February 2010. Turbidity measurements
were conducted in situ, suspended sediment (SS), aluminum (Al 3+), manganese (Mn 2+), total
iron (Fe) and total chromium (Cr) were analyzed in laboratory. Turbidity increased from 60 NTU
(1st station) to 135 NTU (2nd station), and SS also increased from 30 to 70 mg/L. Total Fe was
1.130 mg/L in the former, then reached to 2.378 mg/L in the latter, and similarly total Cr was
813
also 0.034 mg/L, and reached to 0.067 mg/L. The stream HarĢit water was negatively affected
due to the fact that sand-gravel mining uses water of the stream HarĢit for material washing.
Keywords: Sand - Gravel Mining, The Stream HarĢit, water quality.
1.GĠRĠġ
Bilindiği gibi, inĢaat sektöründeki büyümeye paralel olarak sektör için temel gereç özelliğindeki
kum-çakıl, stabilize ve benzeri malzemelere olan ihtiyaç tüm dünyada ve bilhassa geliĢmekte
olan ülkelerde gün geçtikçe artmaktadır. Bunun sonucu olarak, akarsu yataklarında yeni ocak
açma ve mevcut ocakları geniĢletme-derinleĢtirme faaliyetlerinde artıĢ görülmektedir. Kum ve
çakıl kaynaklarının çıkarılması çevresel olarak birçok olumsuz etkileri de beraberinde
getirmekte, akarsu yataklarında bulunan regülatör, köprü gibi her türlü sanat yapısını tehdit
etmekte; yeraltı ve yerüstü sularının miktar ve kalite yönünden olumsuz etkilenmesine, verimli
tarım alanlarının elden çıkmasına neden olmaktadır [Kondolf, 1994; Kondolf, 1997; Apaydın
vd., 1997; Sonak vd., 2006; de Leeuw, 2010]. Ancak geniĢ bir bağlamda, çok az çalıĢma
münferit yerlerdeki madencilik faaliyetleri dıĢında kum ve çakıl ocağı iĢletmelerinin etkisini
dikkate almaktadır.
Ülkemizde, orman sayılan alanlar dıĢındaki yerlerden, kum, çakıl ve benzeri maddelerin çevreye
ve insan sağlığına zarar vermeyecek Ģekilde alınması, iĢletilmesi ve kontrolü ile ilgili esasları
düzenleyen ―Kum Çakıl ve Benzeri Malzemelerin Alınması, ĠĢletilmesi ve Kontrolü
Yönetmeliği‖ 08.12.2007 tarih ve 26724 sayılı Resmi Gazetede yayımlanarak yürürlüğe girmiĢtir
Ülkemiz hidrolojik havzalarından 22. si olan Doğu Karadeniz Havzasının en büyük alt havzası
HarĢit Çayı‘nda 2003 yılında iĢletilmeye açılan Kürtün Barajı ve ardından 2008 yılında
iĢletilmeye açılan Torul Barajı ile birlikte HarĢit Çayı‘nda bulanıklık ve askıda katı madde
konsantrasyonunda büyük düĢüĢler tespit edilmiĢtir [Bayram vd., 2010a,c]. Ancak, HarĢit
Çayı‘nın Doğankent HES sonrası bölümde kum - çakıl ocağı faaliyetleri neticesinde akarsuda
gözle görülür bir bulanıklık göze çarpmaktadır.
Bu çalıĢmada, HarĢit Çayı havzasının Doğankent ile Tirebolu arasında kalan bölgede kum - çakıl
ocağı iĢletmelerinin HarĢit Çayı yüzeysel su kalitesine olan etkilerinin bulanıklık, AKM, Al 3+,
Mn 2+, toplam Fe ve toplam Cr parametreleri yönünden belirlenmesi amaçlanmaktadır. Ayrıca,
elde edilen Al 3+ ve Mn 2+ bulguları Su Kirliliği Kontrolü Yönetmeliği‘ne göre [SKKY, 2004]
değerlendirilmektedir.
2.ÇALIġMA ALANI
HarĢit Çayı, GümüĢhane Ġli‘nin doğu sınırında Cimli, Karakaban ve Kostan dağlarından doğar,
Erzurum-Trabzon karayolu boyunca kuzey batı yönünde GümüĢhane kentine doğru akar.
GümüĢhane‘ye kadar güneyden gelen Tezene kolunu alır. GümüĢhane‘den sonra Torul ilçesine
kadar sağ sahilden Korum, sol sahilden en büyük kolu olan Ġkisu (Kodil) dereleri ile birleĢir
[Özey, 1990; Kocaman, 1994; Nas vd. 2005].
HarĢit Çayı, Torul ilçesinden sonra Doğu Karadeniz‘in yamaçları dik ve eğimi yüksek vadi
özelliklerini oluĢturarak akar. Kürtün Ġlçesi‘ne gelmeden suyu en bol olan Kürtün (Manastır)
kolunu alır. Drenaj yüzeyi gittikçe daralan HarĢit Çayı, Doğankent Ġlçesi‘nde Kavraz kolu ile
birleĢtikten sonra Tirebolu Ġlçesi‘nin doğusundan Karadeniz‘e dökülür. 143 km ana kol
814
uzunluğuna sahip HarĢit Çayı‘nın yağıĢ alanı 3,280 km2‘dir [Özey, 1990; Kocaman, 1994; Nas
vd. 2005; Bayram vd., 2010a, b,c].
Giresun Ġli‘nde yirmi iki adet kum - çakıl ocağı bulunmaktadır. Bunlardan on altısı Tirebolu‘da
(ġekil 1) faaliyet göstermektedir [Giresun Valiliği, 2009]. Faaliyetler neticesinde üretilen
atıksuların uzaklaĢtırılmasında alıcı ortam olarak HarĢit Çayı kullanılmakta ve yüzeysel su
kalitesi olumsuz yönde etkilenmektedir.
ġekil 1. HarĢit Çayı‘nın Tirebolu (Giresun) bölümündeki kum-çakıl ocağı iĢletmeleri
Ġlk istasyon, Giresun-GümüĢhane (Tirebolu-Torul) karayolunun (D877) 30. km‘sinde, Tirebolu
tarafından Doğankent ilçesinin giriĢinde (Doğankent HES‘in çıkıĢında) seçilen istasyondur
(ġekil 2). 154 m kotunda ve 40° 49' 18.6" K - 38° 54' 42.5" D koordinatlarındadır.
ġekil 2. Doğankent HES sonrası seçilen istasyon (Doğankent - Giresun, 23.11.2009)
Ġkinci istasyon, Trabzon-Samsun karayolunun (D010) 85. km‘sinde, HarĢit Çayı‘nın Tirebolu
Ġlçesi‘nde Karadeniz‘e döküldüğü yerin öncesinde seçilen istasyondur (ġekil 3). 4 m kotunda ve
41° 00' 16.1" K - 38° 50' 59.7" D koordinatlarındadır.
815
ġekil 3. Kum-çakıl ocağı iĢletmeleri sonrası seçilen istasyon (Tirebolu - Giresun, 07.12.2009)
3.YÖNTEM
ÇalıĢma 2009 Mart-2010 ġubat dönemini kapsamakta olup 15 günlük aralıklarla (ayda iki kez),
toplamda 24 kez, HarĢit Çayı Doğankent HES sonrasında ve Tirebolu‘da seçilen toplam iki
istasyonda yerinde; bulanıklık ölçümleri ile alınan yüzeysel ham su örneklerinde; askıda katı
madde (AKM), alüminyum (Al 3+), mangan (Mn 2+), toplam demir (Fe) ve toplam krom (Cr)
analizleri Ģeklinde yürütülmüĢtür. Bulanıklık ölçümleri 0-800 NTU (Nephelometric Turbidity
Units) aralığında 1 NTU hassasiyetle ölçüm yapabilen Japon menĢeli Horiba U-10 portatif cihaz
yardımıyla gerçekleĢtirilmiĢtir. Su örneklerinin alınması, muhafazası ve laboratuara nakli,
standart yöntemlere uygun olarak gerçekleĢtirilmiĢtir [APHA, 1992]. Su örneklerinin
alınmasında, 500 mL hacimli polietilen tetraftalat (PET) numune kapları kullanılmıĢtır. Su
örneklerinin olası kirliliğini önlemek için, numune kapları önce sıcak su ve fırça yardımıyla
sonra da 1 M HNO3 ile temizlenmiĢ, son olarak da saf su ile durulanmıĢ ve kurutulmuĢtur.
Örnekleme sırasında, su örneklerinin alınacağı numune kapları bu kez akarsuyun suyu ile birkaç
kez çalkalanmıĢ, üzerinde hava kalmayacak Ģekilde doldurulmuĢ ve kapakları sıkıca
kapatılmıĢtır. Her bir istasyonundan bu Ģekilde birbirinin yedeği toplam üç su örneği alınmıĢtır.
Toplanan su örneklerinin + 4 ºC‘de muhafazası için buz kasetleri ile donatılmıĢ büyük hacimli
numune kapları kullanılmıĢtır. Kullanılan buz kasetleri 220 ve 400 gr lık olup, Arçelik (NF 90)
marka soğutucunun derin dondurucu kısmında - 24 ºC‘de muhafaza edilmiĢlerdir. Laboratuara
getirilen su örneklerinin sıcaklıkları kontrol edilmiĢ, + 4 ºC‘yi geçmedikleri ve 48 saate kadar bu
durumlarını muhafaza ettikleri anlaĢılmıĢtır.
Su örnekleri, 47 mm çaplı süzme haznesine sahip Sartorius marka filtrasyon seti ile gözenek
boyutu 1.2 µm olan 47 mm çaplı cam yünü filtreler kullanılarak filtre edilmiĢ, 105 °C‘de 6 saat
süre ile etüvde kurutulmuĢtur. Daha sonra desikatörlere alınarak oda sıcaklığına getirilmiĢ ve
0.0001 gr hassasiyetli Sartorius marka hassas terazide tartılmıĢtır. Son ağırlıktan ilk ağırlık
çıkarılıp elde edilen fark örnek hacmine bölünerek mg/L cinsinden AKM tayini yapılmıĢtır.
Yüzeysel ham su örneklerinin filtre edilmemiĢ kısmıyla, toplam demir ve toplam krom, gözenek
boyutu 0.45 µm olan selüloz nitrat filtrelerden süzülen kısmı ile de alüminyum ve mangan
tayinleri gerçekleĢtirilmiĢtir. Bu tayinler, Alman menĢeli Dr. Lange Cadas 200 marka
spektrofotometre ve ilgili küvet testler (kit) yardımıyla gerçekleĢtirilmiĢtir. ÇalıĢmada kullanılan
küvet testlerle ilgili bilgiler Tablo 1‘de verilmektedir.
816
Tablo 1. ÇalıĢmada kullanılan Dr. Lange Küvet Testler
Parametre
Kod No
Ölçüm Aralığı
(mg/L)
pH Aralığı
Sıcaklık Aralığı
(ºC)
Al3+
(mg/L)
LCK 301
0.02-0.50
2.5-3.5
20
Mn2+
(mg/L)
LCW 032
0.02-1.00
3-10
15-25
T Fe
(mg/L)
LCK 321
0.24-7.20
3-10
15-25
T Cr
(mg/L)
LCK 313
0.03-1.00
3-9
15-35
3.BULGULAR VE ĠRDELEME
Tirebolu Ġstasyonu
600
450
300
ġubat
Ocak
Aralık
Kasım
Ekim
Eylül
Haziran
Mayıs
Nisan
Mart
0
Ağustos
150
Temmuz
Bulanıklık, NTU l
Doğankent Ġstasyonu
ÇalıĢma Dönemi: Mart 2009 - ġubat 2010 (HarĢit Çayı)
ġekil 4. Bulanıklığın zamansal ve mekansal dağılımı
Bulanıklık, Doğankent HES sonrası seçilen ilk istasyonda 0-583 NTU arasında değiĢmekte olup
yıllık ortalama değer 60 NTU olarak hesap edilmiĢtir. HarĢit Çayı‘nın Karadeniz ile buluĢtuğu
Tirebolu istasyonunda ise 30-583 NTU arasında değiĢmekte olup yıllık ortalama değer 135 NTU
olarak hesap edilmiĢtir. Kum ve çakıl ocağı iĢletmeleri neticesinde bulanıklık parametresinde %
125‘lik bir artıĢ ortaya çıkmıĢtır. Bulanıklık parametresi ilk istasyon için, yaz ve kıĢ aylarında
düĢük, ilkbahar ve sonbahar aylarında yüksek seyretmiĢ, aynı eğilim son istasyonda da kendini
göstermiĢtir.
817
Tirebolu Ġstasyonu
400
300
200
ġubat
Ocak
Aralık
Kasım
Eylül
Temmuz
Haziran
Mayıs
Nisan
Mart
0
Ekim
100
Ağustos
Askı Maddesi, mg/L
ġekil 5. Askı maddesi konsantrasyonunun zamansal ve mekansal dağılımı
Askı maddesi konsantrasyonu, ilk istasyonda 3.2-305.6 mg/L arasında değiĢmekte olup yıllık
ortalama değer 30 mg/L olarak hesap edilmiĢtir. Son istasyonda ise 8.4-368.4 mg/L arasında
değiĢmekte olup yıllık ortalama değer 70 mg/L olarak hesap edilmiĢtir. Büyük ölçüde kum çakıl ocağı iĢletmeleri neticesinde yüzeysel suyun bulanıklığındaki % 125‘lik artıĢ, kendisini
askı maddesi konsantrasyonunda % 135‘lik paralel bir artıĢla göstermiĢtir.
Tirebolu Ġstasyonu
0,100
0,075
0,050
ġubat
Ocak
Aralık
Kasım
Ekim
Eylül
Haziran
Mayıs
Nisan
Mart
0,000
Ağustos
0,025
Temmuz
Alüminyum, mg/L
ġekil 6. Alüminyum konsantrasyonunun zamansal ve mekansal dağılımı
Alüminyum konsantrasyonu ilk istasyonda 0.000-0.096 mg/L arasında değiĢmekte olup yıllık
ortalama değer 0.029 mg/L olarak hesap edilmiĢtir. Son istasyonda ise 0.008-0.071 mg/L
arasında değiĢmekte olup yıllık ortalama değer 0.034 mg/L olarak hesap edilmiĢtir. Gerek
yüzeysel sudaki bulanıklıkta gerekse askı maddesindeki artıĢlara rağmen alüminyum
konsantrasyonunda artıĢ sadece % 17 düzeyinde kalmıĢtır. Çünkü toprağı oluĢturan bütün kil
minerallerinde bulunan alüminyum oksitin suda çok az çözündüğü bilinmektedir. Ayrıca,
SKKY‘ye göre HarĢit Çayı‘nın yıl boyunca her iki istasyonda da I. Sınıf su kalitesine (yüksek
kaliteli su) sahip olduğu anlaĢılmıĢtır.
818
Tirebolu Ġstasyonu
0,225
0,150
ġubat
Ocak
Aralık
Kasım
Eylül
Ağustos
Haziran
Mayıs
Nisan
Mart
0,000
Ekim
0,075
Temmuz
Mangan, mg/L
0,300
ġekil 7. Mangan konsantrasyonunun zamansal ve mekansal değiĢimi
Mangan konsantrasyonu ilk istasyonda 0.016-0.300 mg/L arasında değiĢmekte olup yıllık
ortalama değer 0.064 mg/L olarak hesap edilmiĢtir. Son istasyonda ise 0.042-0.263 mg/L
arasında değiĢmekte olup yıllık ortalama değer 0.105 mg/L olarak hesap edilmiĢtir. Mangan
konsantrasyonundaki artıĢ % 63 olarak gerçekleĢmiĢtir. Her iki istasyonda da en yüksek
değerlerle sonbahar aylarında, buna karĢın en düĢük değerlerle de yaz aylarında karĢılaĢılmıĢtır.
Ayrıca, elde edilen mangan konsantrasyonu değerleri SKKY‘ye göre değerlendirildiğinde, HarĢit
Çayı‘nın ilk istasyonda sonbahar mevsiminde II. Sınıf su kalitesine (az kirlenmiĢ su), diğer
mevsimlerde ise I. Sınıf su kalitesine, son istasyonda ise ilkbahar ve sonbahar mevsimlerinde II.
Sınıf su kalitesine, yaz ve kıĢ mevsimlerinde ise I. Sınıf su kalitesine sahip olduğu anlaĢılmıĢtır.
Tirebolu Ġstasyonu
12
9
6
ġubat
Ocak
Aralık
Kasım
Ekim
Eylül
Haziran
Mayıs
Nisan
0
Ağustos
3
Temmuz
Toplam Demir, mg/L
ġekil 8. Toplam demir konsantrasyonunun zamansal ve mekansal dağılımı
Su ve askı maddesindeki toplam demir konsantrasyonu ilk istasyonda 0.262-10.3 mg/L arasında
değiĢmekte olup yıllık ortalama değer 1.130 mg/L olarak hesap edilmiĢtir. Son istasyonda ise
0.311-10.9 mg/L arasında değiĢmekte olup yıllık ortalama değer 2.378 mg/L olarak hesap
edilmiĢtir. Toplam demir konsantrasyonundaki artıĢ büyük ölçüde askı maddesi
konsantrasyonundaki % 135‘lik artıĢtan kaynaklanmaktadır. Çünkü demirin yer kabuğunda en
çok bulunan dördüncü metal olduğu bilinmektedir. Toprakta birçok mineralde, özellikle killer
içinde demir bileĢikleri bulunur. Bu mineraller içinden geçen sular değiĢik oranlarda demiri Fe2+
ve Fe3+ iyonları halinde çözer [Yalçın ve Gürü, 2002].
819
Tirebolu Ġstasyonu
0,250
0,200
0,150
0,100
ġubat
Ocak
Aralık
Kasım
Eylül
Temmuz
Haziran
Mayıs
Nisan
0,000
Ekim
0,050
Ağustos
Toplam Krom, mg/L
ġekil 9. Toplam krom konsantrasyonunun zamansal ve mekansal değiĢimi
Su ve askı maddesindeki toplam krom konsantrasyonu ilk istasyonda 0.017-0.171 mg/L arasında
değiĢmekte olup yıllık ortalama değer 0.034 mg/L olarak hesap edilmiĢtir. Son istasyonda ise
0.030-0.237 mg/L arasında değiĢmekte olup yıllık ortalama değer 0.067 mg/L olarak hesap
edilmiĢtir. Kum ve çakıl ocağı faaliyetleri sonucunda, mangan ve toplam demir
konsantrasyonlarındaki artıĢlara paralel toplam krom konsantrasyonunda da % 98‘lik bir artıĢ
göze çarpmaktadır. Tıpkı toplam demir konsantrasyonunda olduğu gibi, toplam krom
konsantrasyonundaki artıĢ da büyük ölçüde askı maddesi konsantrasyonundaki artıĢtan
kaynaklanmaktadır. Çünkü kromun yerkabuğunda büyük ölçüde dağıldığı bilinmektedir.
Korelasyon katsayısı (r) iki değiĢken arasındaki iliĢkiyi göstermek için yaygın kullanılan bir
ölçüdür. Yerinde ve laboratuarda yapılan ölçümler neticesinde elde edilen veriler SPSS
(Statistical Package for Social Sciences) bilgisayar programı kullanılarak analiz edildi. Tablo
2‘deki veriler Doğankent ve Tirebolu istasyonlarında çalıĢılan su kalite parametrelerinin
korelasyon matrisini göstermektedir.
Tablo 2. Ġncelenen parametreler arasındaki korelasyon
Doğankent istasyonu
Turb
AKM
Al3+
Mn2+
T Te
T Cr
a
b
0.987 b
0.000
0.768 b
0.000
0.912 b
0.000
0.983 b
0.000
0.993 b
0.000
AKM
0.733 b
0.000
0.887 b
0.000
0.991 b
0.000
0.985 b
0.000
Al3+
0.725 b
0.000
0.712 b
0.000
0.750 b
0.000
Mn2+
Tirebolu istasyonu
T Fe
0.897 b
0.000
0.933 b 0.983 b
0.000 0.000
Turb
AKM
Al3+
Mn2+
0.757 b
0.000
0.512 a
0.013
0.814 b
0.000
0.946 b
0.000
0.940 b
0.000
0.538 b
0.008
0.592 b
0.002
0.843 b
0.000
0.883 b
0.000
0.294
0.174
0.621 b
0.002
0.616 b
0.002
0.828 b
0.000
0.799 b 0.990 b
0.000 0.000
Hücreler Pearson korelasyon katsayısını ve ilgili P değerini göstermektedir.
Korelasyon 0.05 düzeyinde önemli (iki uçlu)
Korelasyon 0.01 düzeyinde önemli (iki uçlu)
820
T Fe
SONUÇLAR
Tirebolu Ġlçesi‘ndeki HarĢit Çayı ana kol boyunca, büyük ölçüde faaliyet göstermekte olan kumçakıl ocağı iĢletmelerinden dolayı yıllık ortalama bazda, yüzeysel suyun bulanıklık değerlerinde
% 125 ve bünyesindeki askı madde konsantrasyonunda da % 135 gibi önemli bir artıĢ
belirlenmiĢtir. Gerek bulanıklık gerekse askı madde konsantrasyonundaki bu artıĢlar paralelinde
alüminyum konsantrasyonunda % 17, manganda % 63, toplam demirde % 111 ve toplam kromda
% 98‘lik bir artıĢa yol açmıĢ ve su kalitesini olumsuz Ģekilde etkilemiĢtir. Yüzeysel suyun
kalitesindeki bu bozulma, yılda 2.5 hm3 suyun temin edildiği, akarsuya 150-200 m uzaklıktaki
keson kuyulardaki suyun kalitesini de dolayısıyla olumsuz yönde etkileyecektir. Ayrıca, HarĢit
Çayı‘nın bu haliyle döküldüğü Karadeniz‘e de az da olsa olumsuz bir etkisi olmaktadır.
TEġEKKÜR
Bu çalıĢma, Karadeniz Teknik Üniversitesi, Bilimsel AraĢtırma Projeleri Koordinasyon Birimi
tarafından 2007.118.01.2 Kod No‘lu proje ile desteklenmiĢtir. ÇalıĢmaya desteklerinden dolayı,
Karadeniz Teknik Üniversitesi, ĠnĢaat Mühendisliği Bölümü öğretim üyesi, aynı zamanda
Mühendislik Fakültesi Dekanı Sayın Prof. Dr. Alemdar BAYRAKTAR Beyefendi‘ye de ayrıca
teĢekkür ederiz. Yazarlar, arazi çalıĢmalarındaki yardımlarından dolayı, Teknisyen Yüksel
HARDAL, Dr. Mustafa DURMAZ, Dr. Tayfun DEDE, Aydın BAYRAK, Zekeriya BAYRAK
ve Öğr. Gör. ġule BIYIK BAYRAM‘a, laboratuar çalıĢmalarındaki desteklerinden dolayı da
Kimya Bölümü öğretim üyesi Prof. Dr. Mehmet TÜFEKÇĠ Beyefendi‘ye teĢekkür ederler.
KAYNAKLAR
1. Kondolf, G.M., ―Geomorphic and Environmental Effects of Instream Gravel Mining‖,
Landscape and Urban Planning, 28,2-3 (1994) 225-243.
2. Kondolf, G.M., ―Hungry Water: Effects of Dams and Gravel Mining on River Channels‖,
Environmental Management, 21,4 (1997) 533-551.
3. Apaydın, A., Taner, O., Kavaklı, T., Güner, B., ―Kum-Çakıl Ocaklarının Doğal Çevreye;
Özellikle Yer altı Suyuna Olumsuz Etkilerine Çarpıcı Bir Örnek: Mürted Ovası (Ankara)‖,
Jeoloji Mühendisliği, 50 (1997) 33-38.
4. Sonak, S., Pangam, P., Sonak, M., Mayekar, D., ―Impact of Sand Mining on Local Ecology‖.
In: Sonak S (ed) Multiple Dimensions of Global Environmental Change. Teri Press, New Delhi,
(2006) 101-121.
5. de Leeuw, J., Shankman, D., Wu, G.F., de Boer, W.F., Burnham, J., He, Q., Yesou, H., Xiao,
J., ―Strategic Assessment of the Magnitude and Impacts of Sand Mining in Poyang Lake,
China‖, Regional Environmental Change, 10,2 (2010) 95-102.
6. Giresun Valiliği, ―Giresun Ġl Çevre Durum Raporu‖ 2009.
7. T.C. Resmi Gazete, ―Su Kirliliği Kontrolü Yönetmeliği‖, BaĢbakanlık Basımevi 25687, 2004.
8. Özey, R., ―GümüĢhane ve Çevresindeki Kırsal YerleĢmelerin BaĢlıca Coğrafi Sorunları ve
Çözüm Yolları‖, GeçmiĢte ve Günümüzde GümüĢhane, Haziran 1990, GümüĢhane, Bildiriler
Kitabı, 307-383.
821
9. Kocaman, Ġ., ―HarĢit Çayı Havzasında YağıĢ-AkıĢ Karakteristikleri ile Erozyon ve Sediment
Sorunlarının AraĢtırılması‖, Yüksek Lisans Tezi, Trakya Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü,
Tekirdağ, 1994.
10. Nas, S.S., Saka, F., Bayram, A., ―HarĢit Çayında ÇözünmüĢ Oksijen Profilinin Mevsimsel
DeğiĢimi‖, 4. Kentsel Altyapı Ulusal Sempozyumu, Aralık 2005, EskiĢehir, Bildiriler Kitabı,
149-158.
11. Bayram, A., Kankal, M., Önsoy, H., Bulut, V.N., ―HarĢit Çayı Hidrolik Yapılarının Askı
Madde Hareketine Etkileri‖, VI. Ulusal Hidroloji Kongresi, Eylül 2010a, Denizli, Bildiriler
Kitabı: 873-882.
12. Bayram, A., Onsoy, H., Bulut, V.N., Tufekci, M., ―Dissolved Oxygen Levels in the Stream
HarĢit (Turkey)‖, 9th International Congress on Advances in Civil Engineering, September
2010b, Trabzon, Book of Abstracts: 214 (full text in CD: ACE2010-HYD-041).
13. Bayram, A., Onsoy, H., Bulut, V.N., Tufekci, M. (2010c). ―Effect of Torul and Kürtün Dams
on Suspended Sediment Concentration in the Stream HarĢit (Turkey)‖, 9th International
Congress on Advances in Civil Engineering, September 2010c, Trabzon, Book of Abstracts: 215
(full text in CD: ACE2010-HYD-042).
14. Greenberg, A.E., Clesceri, L.S., Eaton, A.D., ―Standard Methods for the Examination of
Water and Wastewater‖, 18th ed., APHA, AWWA, WEF, Washington, D.C., 1992.
15. Yalçın, H., Gürü, M., ―Su Teknolojisi‖, Palme Yayıncılık, Ankara, 2002.
822
GÜNEYDOĞU ANADOLU BÖLGESĠ’NDEKĠ SU KAYNAKLARINDA
PETROL KĠRLĠLĠK RĠSKĠNĠN ARAġTIRILMASI
Z. Fuat TOPRAK
Dicle Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, ĠnĢaat Mühendisliği Bölümü, DĠYARBAKIR
[email protected]
Gülay YALÇIN BAYAR
[email protected]
Orhan KAVAK
Dicle Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Maden Mühendisliği Bölümü, DĠYARBAKIR
[email protected]
Abdurrahman SAYDUT
Dicle Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Maden Mühendisliği Bölümü, DĠYARBAKIR
[email protected]
Orhan ARPA
Dicle Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Makina Mühendisliği Bölümü, DĠYARBAKIR
[email protected]
Nizamettin HAMĠDĠ
[email protected]
ÖZET
Günümüzde temiz ve sürdürülebilir alternatif enerji kaynakları arayıĢlarına rağmen dünya
genelinde henüz fosil kökenli enerji kaynaklarına özellikle petrole bağımlılık sürmektedir. Oysa
tüm fosil kökenli enerji kaynakları gibi petrolün de tüketilmesi hava kirliliğine, dolaylı olarak
toprak ve su kaynakları kirliliğine ve sera etkisi yapan gazların üretilmesi ile -IPCC
raporlarından açıkça belirtildiği üzere- küresel iklim değiĢimine neden olduğu bir gerçektir.
Diğer taraftan konuya iliĢkin literatüre bakıldığında, fosil kökenli enerji kaynaklarının
tüketiminden kaynaklanan kirliliklere yeterince dikkat çekilmekle birlikte bunların kullanım
öncesi aĢamalarda neden oldukları kirliliklere yeterince yer verilmediği görülmektedir. Oysa
petrolün tüketim öncesi aĢamalarda su kaynakları için ciddi risk oluĢturmaktadır. Bu çalıĢmada
fosil kökenli enerji kaynaklarının baĢında gelen petrolün arama, üretim, taĢınma, iĢlenme ve
depolanması gibi kullanım öncesi aĢamalarda tatlı su kaynakları açısından taĢıdığı riskin
araĢtırılmasına yönelik bir yol haritası sunulmuĢtur. AraĢtırma alanı olarak, arama, üretim,
iletim, depolama ve iĢlenme (rafine) gibi kullanım öncesi tüm aĢamaların (sistemlerin) bir arada
bulunduğu ülkemizin Güneydoğu Anadolu Bölgesi seçilmiĢtir.
823
Anahtar Kelimeler: Petrol sızıntısı, petrolün yüzeysel yayılımı, su kirliliği.
INVESTIGATION OF PETROLEUM POLLUTION RISK IN WATER RESOURCES IN
THE SOUTHEAST ANATOLIA REGION
ABSTRACT
Today, despite the researches on sustainable energy sources, dependence on fossil energy
sources especially on petroleum is still maintained. Just like usage of all fossil based energy
sources, usage of petroleum causes air pollution, soil contamination, water pollution, and
production of gases cause greenhouse effect that can be accepted as major reasons of global
climate changes as reported in assessment reports of IPCC. On the other hand, paying attention
on the related literature, although the pollutions caused by the consumption of fossil based
energy sources is sufficiently taken into consideration; however, this cannot be said for the
pollutions caused by the systems established for pre-use of them. However, in the stages before
consumption, crude oil constitutes serious risks to water resources. In this work, it is investigated
that how can the impacts of crude petroleum before use (production, transmission, transportation,
processing, and storage stages) be determined. Since there are many pre-use systems of
petroleum (i.e. searching systems, produce establishment (oil well), processing systems
(refinery), transmission lines, and storage systems) at South East Anatolia Region of Turkey, the
region has been preferred as the research area.
Keywords: Petroleum seep, petroleum spill, water pollution.
1.GĠRĠġ
Dünyada nüfusun artmasına bağlı olarak ihtiyaçların çeĢitlenerek artması ve bu ihtiyaçlara cevap
verebilecek teknolojilerin geliĢmesi daha fazla enerji gereksinimine neden olmaktadır. Mevcut
enerji kaynaklarının sınırlı; özellikle fosil kökenli ve nükleer enerji kaynaklarının eko sisteme
zarar verme potansiyelinin olması ve dünyadaki politik durum bu kaygıları daha da
artırmaktadır. Dolayısıyla her ülke enerji kaynaklarını arttırmaya yönelik arayıĢlar içindedir. Bu
arayıĢ her ne kadar ucuz, yenilenebilir ve ekosisteme zarar vermeyecek (temiz) kaynakların
bulunması yönünde de olsa hala dünya genelinde fosil kökenli enerji kaynaklarına bağımlılık
sürmektedir. Fosil kökenli enerji kaynaklarının baĢında petrol gelmektedir. Jijaescu, özellikle
petrol kaynaklı hava kirliliklerinin söz konusu olduğu durumlarda bu kirliliğin asit yağmurları ile
yeryüzüne indiğini belirtmektedir [1]. Yeryüzüne inen kirlilik su ve toprak kaynaklarına
bulaĢmaktadır. IPCC 2007 raporunda küresel iklim değiĢiminin yegâne nedeni olarak
insanoğlunun doğaya müdahalesi gösterilmektedir. Bu müdahalenin ise ağırlıklı olarak fosil
kökenli yakıt kullanılması Ģeklinde olduğu bilinmektedir. Diğer taraftan konuya iliĢkin yerli ve
yabancı literatüre bakıldığında, fosil kökenli enerji kaynaklarının tüketiminden kaynaklanan
çevresel etkilere dikkat çekilmekle birlikte bunların kullanım öncesi aĢamalarda neden oldukları
kirliliklere yeterince yer verilmediği görülmektedir. Oysa petrolün tüketim öncesi aĢamalarının
da su kaynakları için ciddi risk oluĢturduğu bilinen bir gerçektir [1-26]. Buzoiano çalıĢmasında,
Romanya‘daki petrol üretim tesislerinin hava, su ve toprak kirliliği gibi çevresel etkilerine iliĢkin
farklı yaklaĢımları sunmakta ve kirliliğin azaltılması ve önlenmesine yönelik önerilerde
bulunmaktadır [2]. Bu çalıĢmada petrol kaynaklı hava kirliliği de araĢtırılmıĢtır. Ancak tüketim
öncesi aĢamalardaki tesislerin neden oldukları su ve toprak kirliliğinin boyutu hava kirliliğine
göre çok daha fazladır. Sabanov ve Sokman, bu tür atıkların toprak emisyonu hava ve su
tarafından yapılan emisyondan daha fazla olduğunu belirtmektedir [3]. Azar ve Gholikandi, hem
petrol üretim bölgelerinde cereyan eden savaĢlar hem de Ġran Petrollerinin tankerler ile taĢınması
824
nedeniyle meydana gelen Fars Körfezi (Ġran Körfezi)‘deki petrol kaynaklı deniz suyu kirliliğini
araĢtırmıĢtır. Ayrıca, bu çalıĢmada denizdeki petrol kaynaklı kirliliğin biyolojik olarak
(bakteriler aracılığı ile) giderilebileceğinden söz edilmektedir [4]. Swanson, Amerika‘nın suyuna
zarar veren büyük kütleler halinde dökülen petrol nedeniyle Amerika‘nın lokal ekonomisinin
çöktüğü, yaban hayatının öldüğü ve milyonlarca dolar vergi bu kaynakların temizlenmesine
harcandığını belirtmektedir [5]. Üretim, depolama, iletim ve taĢınım sistemlerinden toprağa
dökülen ve sızan petrol, nehirler ve/ya yapay/doğal göllere daha çok yüzey suları ile özellikle
taĢkınlar sırasında, yeraltı sularına ise daha çok çiseleyen yağmur veya kar erimeleri neticesinde
bulaĢmaktadır. Davitashvili, Gürcistan su kaynaklarının hidrolojik özelliklerini verdiği
çalıĢmasında, Rioni‘s nehrinin petrol kaynaklı kirliliğini araĢtırırken, taĢkın periyotlarına göre
petrol boru hatlarından ve demiryollarından yüzeysel veya yüzeye yakın suların kirlendiğini
tespit etmiĢtir [6]. Mukhopadhyay ve diğ. (2008), 1991 Körfez savaĢı sırasında Kuveyt‘te büyük
sayıda petrol kuyularının hasar gördüğünü, neticesinde de ham petrolün yayılarak toprak
yüzeyinde gölcüklerin oluĢturduğunu ve yeraltına sızarak toprak kirliliğine neden olduğunu
belirtmektedir. Yeraltı suyundaki hidrokarbon konsantrasyonunun korkutucu boyutlarda
olduğunu tespit ettiklerini ve bunun gerek yüzeysel olarak yayılan gerek göller halinde biriken
petrolün yeraltına sızmasından kaynaklandığını belirtmektedirler [7]. Muttin ve diğ. (2006) ve
Rodriguez ve diğ. petrol savaklarının hidrokarbon yaydığı için teknolojik olarak önemli su
kirliliklerine neden olduklarını belirtmektedir [8, 9]. Talley ve Jin, her nekadar halk arasında
petrolün tanker kazaları neticesinde dökülüp çevreyi kirlettiği biliniyor ise de aslında bu
problemin sadece kazalardan kaynaklanmadığına; petrol sevkiyatının doğal bir sonucu olduğuna,
baĢka bir ifade ile kaza olmaksızın da bu tür çevre facialarının olabileceğine iĢaret etmektedir
[10]. Chauhan ve Rafique (2000), petrolün, arama aĢamasından kullanıldıktan sonraki son
aĢamasına kadar, su ve hava kirliliğine, katı atıklara ve görüntü kirliliğine neden olduğunu
belirtmektedir [11]. Shin ve Das (2001) ise karadan denize ve denizden karaya petrol taĢınımının
toprağı kirlettiğini, dahası bunun yeraltı suyunun kirlenmesine ve olası baĢka kirliliklere neden
olduğunu vurgulamaktadır [12]. Okandan ve diğ. (2001), tuzlu suyun ham petrol ve gazın
iĢlenmesinden sonra atık madde olarak ortaya çıktığını ve bu maddenin ya yüzeye ya da
enjeksiyon ile yeraltına deĢarj edildiğini ve bu nedenle yer altı tatlı su kaynaklarını
kirletebileceğini belirtmektedir [13]. Siljeholm, Rafinerilerin ciddi petrol kaynaklı kirliliklere
neden olduğunu belirtmektedir [14].
Görüldüğü üzere petrolün kullanımdan sonra meydana gelen çevresel zararların yanında
kullanım öncesi faaliyet ve sitemlerden de çevresel felaketler meydana gelmektedir. Bu
felaketlerin baĢında su ve toprak kaynaklarının kirlenmesi gelmektedir. Karada ve denizlerdeki
petrol arama faaliyetlerinde, kara ve deniz petrol taĢımacılığında, boru hatlarında ve depolama
tesislerinde meydana gelen kazalar ve tesislerde meydana gelen korozyon, çatlama ve kırılmalar
neticesinde meydana gelen ham petrol sızması ve yayılması su kaynakları için ciddi tehditler
oluĢturmaktadır (ġekil 1, 2). Bu çalıĢmada, petrolün kullanım öncesi aĢamalarda ülkemiz
Güneydoğu Anadolu Bölgesi‘ndeki su kaynakları üzerindeki riskleri araĢtırılacaktır. Güneydoğu
Anadolu Bölgesi, petrolün arama, üretim, iletim, depolama ve iĢlenme (rafine) gibi kullanım
öncesi tüm aĢamaların (sistemlerin) bir arada bulunan ve su kaynakları açısından oldukça zengin
ve GAP tamamlandığında 22 baraj gölünün söz konusu olacağı ve yaklaĢık 1700 ha alanın
sulanacağı bir bölgedir. Bölge bu yönleri ile su, toprak ve kirlilik kaynaklarını bir arada
bulundurmaktadır. Dolayısıyla kirlilik kaynakları su kaynakları üzerinde ciddi bir risk
oluĢturmaktadır. Bu nedenle bu çalıĢma kapsamında çalıĢma alanı olarak, Adıyaman, Batman,
Diyarbakır, Gaziantep, Kilis, Mardin, Siirt, ġanlı Urfa, ġırnak illerini kapsayan Güneydoğu
Anadolu Bölgesi seçilmiĢtir ( ġekil 3).
825
2.YÖNTEM
Alonso ve diğ., Bolivian Chaco‘da petrol üretim alanlarına yakın yerleĢim birimlerindeki içme
suyu kaynaklarında petrokimya bileĢkelerinin konsantrasyonunu belirlemek için yaptıkları
çalıĢmada, toplam petrol hidrocarbon (total petroleum hydrocarbons, TPH), Benzen, Toluene,
Etilbenzen ve Xylenes (BTEX)‘i de içeren 16 polycylic aromatic hidrokarbon (PAH) ve 22 metal
değerlerinden oluĢan veriler insan tüketimine açık ve petrol üretim yerlerinden 30 km‘den az
mesafedeki 42 su kaynağından temin edilmiĢ ve konsantrasyon ve aderans dağılımı Bolivian,
Avrupa, BirleĢmiĢ Devletler ve Dünya Sağlık Örgütü standartlarına göre analiz edilmiĢtir [15].
Bu çalıĢmada da anılan çalıĢmada araĢtırılan bileĢenler aranacaktır.
Yang ve arkadaĢları zararlı kimyasalların birikintilerini ve petrol depolarının uzaktan algılama
yöntemi ile tespit edilebildiğini ve RSI‘nin bu tür yerleri haritalamaya olanak verdiğini
belirtmektedir [16]. RSI yönteminin çalıĢmada hedeflenen kirliliklerin tespitinde etkili bir
yöntem olabileceğinden Ģüphe edilmemektedir. Ancak, araĢtırma alanının çok büyük olmaması,
su kaynakları ile petrolün tüketim öncesi aĢamalarına ait noktaların tespitinin kolay olması
(destek veren kuruĢlardan veriler temin edilebilecektir) ve yöntem olarak pahalı olması nedeniyle
bu çalıĢmada RSI‘in kullanılması düĢünülmemektedir. Hidrokarbon içerikli ortamların
biyokimyasal dönüĢümleri neticesinde elektrik iletkenliği, SP (self-potential; doğal gerilim) ve
GPR (ground-penetrating-radar; yeraltı radarları) yansımalarını değiĢtiğini belirtmektedir [17].
Bu çalıĢmada da yüzeye yakın yeraltı tabakalarındaki petrol kaynaklı kirliliklerin GPR ile tespit
edilmesi düĢünülmektedir. Che-Alota ve diğ. hidrokarbon ile kirlenmiĢ bir bölgede 1996, 2003
ve 2007 yıllarında yaptıkları ölçümler neticesinde baĢarı ile kullanılabileceğini göstermiĢlerdir.
Mukhopadhyay ve diğ. (2008), kızılötesi Fourier dönüĢüm ve gaz kronograf-kütle izleyici
yöntemlerinin petrol kaynaklı hidrocarbon miktarı ve 16 polyaromatic hydrocarbonlarının tespiti
için uygun yöntemler olmadığı, bunların yerine floresans yöntemi ile toplam organik karbon ve
toplam organik madde yöntemlerinin yer altı suyu kirliliğinin boyutlarını daha iyi tespit ettiği
belirtilmektedir [7]. Francechetti ve diğ. (2002), SAR (Synthetic Aperature Radar) iĢlenmemiĢ
sinyal simülasyonunun su yüzeyine yayılan petrol tabakasının tespitinde ve yorumlanmasında
güçlü bir aygıt olduğunu belirtmektedir [18].
Ülkemizde, kullanım öncesi petrol kirliliğine iliĢkin dört TÜBĠTAK projesine ulaĢılmıĢ olup bu
çalıĢmalar, kirlilik tespit yöntemlerinin seçiminde dikkate alınması düĢünülmektedir. Bu projeler
aĢağıda kısaca özetlenmiĢtir.
Tuncer ve diğ. (2007) tarafından gerçekleĢtirilen TÜBĠTAK projesi kapsamında, Çanakkale
Boğazı‘ndaki petrol kirliliğinin bazı littoral ve sessil flora ve fauna üzerine etkileri araĢtırılmıĢ ve
neticede, örnekleme yaptıkları canlıların yapısında petrol kirliliğini gösteren bazı parametreler
tespit edilmiĢtir [19].
Güven ve diğ. (1998) tarafından gerçekleĢtirilen TÜBĠTAK projesi kapsamında, Ġstanbul ve
Çanakkale Boğazı ile Marmara Denizi‘nde petrol kirliliği araĢtırılmıĢ ve Ġstanbul ve Çanakkale
Boğazları ile Marmara Denizi‘nden alınan su, midye ve sediment örneklerinde UVF ve GC/MS
analizleri ile petrol kirliliği belirlenmiĢtir [20].
Benzer bir TÜBĠTAK projesi Doğan ve diğ. (1996) tarafından gerçekleĢtirilmiĢ ve Ġstanbul ve
Çanakkale Boğazları ile Marmara Denizi‘nden alınan su, midye ve sediment örneklerinde UVF
ve GC/MS analizleri ile petrol kirliliği belirlenmiĢtir [21].
Okandan ve diğ (1994) tarafından gerçekleĢtirilen ―Petrol Arama ve Üretim Faaliyetlerinin
Çevre Üzerindeki Etkileri‖ konulu bir baĢka TÜBĠTAK projesi kapsamında, seçilen bir sondaj
sahası, bir üretim sahası ve bir boru hattı terminalinden alınan su ve toprak örneklerinde
826
kirlenmenin Çevre Bakanlığı‘nca yayınlanan su kirliliği ölçütlerine uyumluluğu araĢtırılmıĢtır.
Ayrıca bu örnek sahalarda Ģirketlerin uygulamaları incelenmiĢtir [22].
Bu çalıĢmada ise Güneydoğu Anadolu Bölgesinde petrolün kullanım öncesi aĢamalarında, üretim
kuyuları, nakil hatları, pompa istasyonları ve depolama tesislerinden kaynaklanan yapay
sızıntıların olup olmadığı, olası sızıntıların çevreye etkisinin boyutları ve bu etkinin azaltılması
yönünde klasik veya yeni teknoloji içeren yöntemler (metotlar) araĢtırılacaktır. çalıĢmayı
gerçekleĢtirmek için, çalıĢmanın amaçları ve hedefleri doğrultusunda aĢağıda maddeler halinde
verilen bir yol haritası izlenecektir:
1. BaĢlangıç aĢamasında konuya iliĢkin literatür taraması yapılacak ve konuya iliĢkin ulaĢılan
ulusal veya uluslar arası yayın ve projeler değerlendirilecektir.
2. Bölgede, tüketim öncesi aĢamalara iliĢkin tüm sistemlerin (petrol arama, üretim, depolama
alanları ve iletim hatları) konumları belirlenecektir (bunun için TPAO, Petrol ĠĢleri Genel
Müdürlüğü, TÜPRAġ ve BOTAġ‘tan sağlanacak olan veriler esas alınacaktır). Söz konusu
kurum ve kuruluĢlar ile yazıĢmaların büyük bir kısmı tamamlanmıĢtır.
3. Koordinatları belirlenen sistemlerin (tesislerin) etki alanları tespit edilecektir.
4. Etki alanına giren yeraltı ve yerüstü su kaynakları (mevcut kuyular, akarsu ve doğal ve yapay
göller) belirlenecektir (bunun için DSĠ‘den sağlanacak olan veriler esas alınacaktır). Gerekli
yazıĢmalar tamamlanmıĢtır.
5. Belirlenen su, toprak ve kirlilik kaynakları harita üzerinde iĢaretlenmiĢtir (ġekil 3). Harita,
Güneydoğu Anadolu Projesi (GAP) geliĢim planı olup haritada, tüm doğal ve yapay (baraj gölü)
göller, akarsular, master plan, proje, kati proje, inĢaat ve iĢletme gibi gerçekleĢme
aĢamalarındaki sulama alanlarını içermektedir. Bu harita üzerine ayrıca rafineriler, petrol
sahaları, petrol iletim hatları ve yer altı su kaynakları ayrıca iĢaretlenmiĢtir. Böylece tüm su ve
toprak kaynakları ile kirlilik kaynakları bir arada gösterilmiĢtir.
6. Su kaynağının kirlilik kaynağından beklenenden daha uzakta olduğu halde hidrolojik
çevirimin etkisi ile risk altında olabileceği dikkate alınacaktır.
7. Belirlenen su kaynaklarından numuneler (örnekler) alınacaktır.
8. Alınan numunelerin (örneklerin) fiziksel (renk, koku, viskozite gibi) ve kimyasal analizleri
yapılacaktır. Bu kapsamda su kaynaklarında petrol bileĢenleri (alifatik ve aromatik yapılar) ve
element analizleri (Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, Cd, Pb, Co, Ca, Mg, Al, Ba, As, Sr, K, Se, Na, Mo,
Ti, V, B) araĢtırılacaktır.
9. Analiz sonuçları ulusal ve uluslar arası kabul edilebilir sınır değerler ile karĢılaĢtırılacaktır.
10. Analiz sonuçları olası bir kirliliğin, tüketimden önceki hangi aĢamada ve hangi tesis/lerden
kaynaklandığı araĢtırılacaktır. Olası bir sorunun nedeni belirlendikten sonra sorunun tamamen
veya kısmen giderilmesi yolları araĢtırılacaktır.
11. Yukarıdaki 10 maddede verilen iĢ ve iĢlemlerin yapılabilmesi için Dicle Üniversitesi ve ortak
kurumların mevcut altyapıları (laboratuar, ölçüm cihazları v.s) öncelikli olarak kullanılacaktır.
Bunların dıĢında ihtiyaç his edilen (gereksinim duyulan) yeni ölçüm teknolojileri ve gerekli
görülen geçici istasyonların kurulması ve diğer giderlerin TÜBĠTAK‖ a önerilen bir proje
bütçesinden sağlanacak ve gerektiğinde yurt dıĢı ve yurt içinde TÜBĠTAK MAM, TPAO
827
AraĢtırma Merkezi gibi akredite olmuĢ ileri teknolojiye sahip laboratuarlardan proje bütçesi
kapsamında yararlanılacaktır.
11. ÇalıĢma gerçekleĢtirildiği takdirde sonuçlar, istatistik analizleri, haritaları ve olası
problemlerin çözüm önerileri ile birlikte ara ve sonuç raporları halinde ilgili kurumlar ile
paylaĢılacaktır.
Tablo 1. Güneydoğu Anadolu Bölgesinde Ön Tespiti YapılmıĢ Önemli Petrol Sahaları
GÜNEYDOĞU ANADOLU BÖLGESĠNDE ÖN TESPĠTĠ YAPILMIġ ÖNEMLĠ
PETROL SAHALARI
Adıyaman
Adıyaman, Akgün, Batı Fırat, Batı Gökçe, BeĢikli, Cendere, ÇemberlitaĢ, Doğu,
KarakuĢ, EskitaĢ, Gölgeli, Ġkizce–1, Karadut–1, KarakuĢ–3, lilan, Ozan
Sungurlu, ġambayat, Tokaris
Batman
Batı Haznemir, Batı Raman, Batı ġelmo, Beyçayır, Doğu Silivanka, Güney
Raman, Karaali, OyuktaĢ, Özlüce, Raman, Sezgin, Silivanka (Beloka), Silivanka
(Garzan), Silivanka, Sinan, Yanarsu
BeyazçeĢme, G.Hazro, G.Kayaköy, G.Kırtepe, Güney Kurkan, Güney Sarık,
G.Sarıcak, G.ġahaban, Kartaltepe, Kastel, Kayayolu(Derdere), Kayayolu(HazroDiyarbakır
F4), Karaali Sarıcak, Sivritepe Yeniköy(Derdere), Yeniköy(Sabunsuyu),
Mehmetdere, Baysu, Beykan, Kurkan, Karacan,
Gaziantep
Araban
Kilis
Yananköy
Mardin
Çamurlu, Doğu Sınırtepe, Ġkiztepe
Siirt
Çelikli, Garzan-B, Germik, Mağrip
ġanlı Urfa
Bozova, ÇaylarbaĢı, Doğu BeĢikli, Yalankoz
ġırnak
Batı Kozluca, Güney Dinçer, Yolaçan
ġekil 1. Muhtelif Petrol sahalarındaki nakil boru hatlarındaki kelepçe sızıntıları.
828
ġekil 2. Petrol Sızıntısının Yüzeydeki Suya etkisi ve Üretim Kuyularındaki Mud-Pit Çukurunun
kirliliği
Güneydoğu Anadolu Bölgesi, 52,94 milyar m3 yıllık yüzeysel akıĢı ve yaklaĢık 1,7 milyar m3 yer
altı suyu rezervi olan bir bölgedir. 9 ilin içme-kullanma ve sanayi suyu ihtiyacı mevcut
rezervlerden veya akıĢlardan sağlanmakta ve bunun yanı sıra GAP kapsamında yaklaĢık 1700 ha
alanın sulanması beklenmektedir. Ayrıca yüzeysel veya yer altı suyu ile yapılan halk sulamaları
da mevcuttur. Diğer taraftan, bölgede Batman‘da bir rafineri ve stok alanları, bölgeyi doğu-batı
istikametinde ikiye bölen 641 km ve 656 km olmak üzere iki ayrı ham petrol boru hattının yanı
sıra ġelmo-Batman arası 41 km ve Batman-Dörtyol arası 511 km, ham petrol boru hatları,
ağırlıklı olarak Batman-Diyarbakır-Adıyaman çevrelerinde olmak üzere tüm bölgeye yayılan
petrol üretim sahaları (Tablo 1) ve bu sistemlere bağlı depolama, pompa istasyonları ve benzeri
tesisler mevcuttur. Diğer taraftan hâlihazırda petrol arama faaliyetleri de bölgede devam
etmektedir. Ayrıca kara ve demiryolu ile petrolün iĢlenmiĢ veya yarı iĢlenmiĢ mamullerinin de
taĢındığı düĢünülürse bölgede mevcut su ve toprak kaynaklarının petrol kaynaklı kirlenme
riskinin yüksek olduğu açıktır. Bu riskin, bir an önce bilimsel ve teknik açıdan detaylı bir
çalıĢma ile tespit edilmesi ise bir zorunluluktur. Ayrıca olası bir kirliliğin nedenlerinin
belirlenerek bu kontrolünün sağlanması gerektiği açıktır. Bu riske dikkat çekmek üzere
hazırlanan bu çalıĢmanın bir an önce bir proje kapsamında uygulama konulması kaçınılmazdır.
Doğal olarak bu çalıĢmanın devamında, tarafımızdan TÜBĠTAK‘a teklif edilen projenin kabulü
halinde riskli bölgelerin koordinatları ortaya çıkarılacak ve olası mevcut kirlilikler belirlenecek,
elde edilen sonuçlar ulusal ve uluslar arası kabul edilebilir sınır değerleri ile karĢılaĢtırılacak ve
kirlilik kontrolüne yönelik alternatif çözümler önerilecektir.
TeĢekkür
DSĠ Genel Müdürlüğü, TPAO Batman Bölge Müdürlüğü, Petrol ĠĢleri Genel Müdürlüğü,
Diyarbakır Çevre Ġl Müdürlüğü, Çevre-Orman Genel Müdürlüğü‘ne ve PERENCO‘ya çalıĢmaya
destek verdikleri için TEġEKKÜRLER.
Bu çalıĢma, TÜBĠTAK‘a teklif edilen bir proje kapsamında projenin önemini vurgulamak ve su
kaynaklarının risk altında olduğuna dikkat çekmek üzere hazırlanmıĢ olup projenin kabulü
halinde, bu çalıĢma Güneydoğu Anadolu Bölgesi‘ndeki yer altı ve yerüstü su kaynaklarının
kirlilik kontrolüne yönelik diğer çalıĢmalarla devam edecektir.
829
3
2
1
830
A
B
C
”
D
7
9
6
8
4
5
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Adıyaman yöresi petrol sahası
Batman yöresi petrol sahası
Diyarbakır yöresi petrol sahası
Gaziantep yöresi petrol sahası
Kilis yöresi petrol sahası
Mardin yöresi petrol sahası
Siirt yöresi petrol sahası
8. ġanlıurfa yöresi petrol sahası
9. ġırnak yöresi petrol sahası
A Irak-Türkiye ham petrol boru hattı
B Irak-Türkiye ham petrol boru hattı
C Batman-Dörtyol ham petrol boru
hattı
D ġelmo-Batman ham petrol boru
hattı
Yeraltı su rezervleri
ġekil 3. Güney Doğu Anadolu Bölgesi‘nde su, toprak ve petrol kaynakları ile petrol iletim hatları.
KAYNAKLAR
1. Jijaescu L. ―Environmental Pollution and Global Climate Change The Impact of Industrial
Activity on The Environment‖, Metalurgia International, 14 Sp Iss. 11, 84-86, 2009, Editura
Stiintifica Fmr, Calea Grivitei, Nr 83, Sector 1, O P 12, Bucharest, 010705, Romania.
2. Buzoianu D. ―Strategıc Study on Environment Protection in the Romanıan Petroleum
Extractıon Industry‖, Annals of Daaam For 2009 & Proceedıngs of The 20th Internatıonal
Daaam Symposıum (20th International Danube-Adria-Association-for-Automation-andManufacturing Symposium), 20; 1639-1640, Vienna, Austria, Nov 25-28, 2009, DAAAM Int
Vienna, Vienna Univ Technology, Karlsplatz 13, Wien, A-1040, Austria.
3. Sabanov S., Sokman K. ―Technological and Environmental Aspects of Assessment of A
Combination of Different Mining Methods Used in Estonian Oil Shale Industry‖, Oil Shale, 25
(2) Sp Iss SI, 163-173, 2008, Estonian Academy Publishers, 6 Kohtu, Tallinn 10130, Estonia.
4. Azar M.N., Gholikandi G.B. ―Oil pollution prevention: crude oil biodegradation by isolated
bacterium of the Persian Gulf‖, Disaster Management and Human Health Risk: Reducing Risk,
Improving Outcomes (1st International Conference on Disaster Management and Human Health
-Reducing Risk, Improving Outcomes), 97-104, 2009, New Forest, England, Sep 23-25, 2009,
Wit Press, Ashurst Lodge, Southampton SO40 7AA, Ashurst, England.
5. Swanson K.A. ―The Cost of Doing Business: Corporate Vicarious Criminal Liability for The
Negligent Discharge of Oil Under The Clean Water Act‖, Washington Law Review, 84 (3) 555579, 2009, Univ Washington School of Law, Washington Law Review 1100 NE Campus
Parkway 410 Condon Hall, Seattle, WA 98105 USA.
6. Davitashvili T. ―Natural Disasters and Surface and Subsurface Water Pollution Risk
Assessment aor Some Regions af Georgia‖, Threats To Global Water Security, Book Series:
NATO Science for Peace and Security Series C - Environmental Security (NATO Advanced
Research Workshop on Natural Disasters and Water Security Yerevan, ARMENIA, OCT 18-22,
2007 NATO), 83-89, 2009, Springer, PO BOX 17, 3300 AA Dordrecht, Netherlands.
7. Mukhopadhyay A., Al-Awadi E., Quinn M., Akber A., Al-Senafy M., Rashid T. ―Ground
water contamination in Kuwait resulting from the 1991 Gulf War: A preliminary assessment‖,
Ground Water Monitoring and Remediation, 28 (2) 81-93, Spr 2008, Blackwell Publishing, 9600
Garsington RD, Oxford OX4 2DQ, Oxon, England.
8. Muttin F., Nouchi S. ―Numerical study of an oil spill containment boom by the finite-element
method‖, Water Pollution VIII: Modelling, Monitoring and Management Book Series: Wit
Transactions on Ecology and the Environment (8th International Conference on Modelling,
Monitoring and Management of Water Pollution, Bologna, Italy, Sep, 2006), 95, 245–254, 2006,
Wit Press, Ashurst Lodge, Southampton SO40 7AA, Ashurst, England.
9. Rodriguez J., Ramirez A., Martinez M. ―Device for simultaneous recovery and containment of
spilled oil from the seawater surface‖, Water Pollution VIII: Modelling, Monitoring and
Management (8th International Conference on Modelling, Monitoring and Management of Water
Pollution, Bologna, Italy, Sep, 2006), 95, 291-298, 2006, Wit Press, Ashurst Lodge,
Southampton SO40 7AA, Ashurst, England.
10. Talley W.K., Jin D., Kite-Powell H. ―Post OPA-90 vessel oil transfer spill prevention: The
effectiveness of coast guard enforcement‖, Environmental & Resource Economics (Annual
831
Meeting of the Eastern-Economic-Association, Boston, MA, MAR 21, 2002), 30 (1), 93-114,
2005, Springer, 233 Spring Street, New York, NY 10013 USA.
11. Chauhan R.J., Rafique M.T. ―Policies for oil and gas resources with special emphasis on
environmental control‖, Eighth International Congress International Association For Engineering
Geology And The Environment, Proceedings (8th International Congress of the InternationalAssociation-for-Engineering-Geology-and-the-Environment, Vancouver, Canada, Sep 21-25,
1998), 6, 4353-4357, 2000, A A Balkema Publishers, Schipholweg 107C, PO Box 447, 2316 XC
Leiden, Netherlands.
12. Shin E.C., Das B.M. ―Bearing capacity of unsaturated oil-contaminated sand‖ International
Journal of Offshore and Polar Engineering (10th International Offshore and Polar Engineering
Conference (ISOPE-2000), Seattle, Washington, May 28-Jun 02, 2000), 11 (3) 220-226, 2001,
Int Soc Offshore Polar Engineers, PO BOX 189, Cupertino, CA 95015-0189 USA.
13. Okandan E., Gumrah F., Demiral B. ―Pollution of an aquifer by produced oil field water‖,
Energy Sources, 23 ( 4), 327-336, 2001, Taylor & Francis Inc, 325 Chestnut ST, Suite 800,
Philadelphia, PA 19106 USA.
14. Siljeholm J. ―An Assessment of Water-Pollution From Refineries in The Usa and WesternEurope‖, Hazardous Waste & Hazardous Materials, 10 (3), 365-376,1993, MARY Ann Liebert
Inc Publ, 2 Madison Avenue, Larchmont, NY 10538.
15. Alonso S.G., Esteban-Hernandez J., Rivera Y.V., Hernandez-Barrera V., de Miguel A.G.
―Water pollution in sources close to oil-producing fields of Bolivia‖, Revista Panamericana De
Salud Publica-Pan American, Journal of Public Health, 28 (4); 235–243, 2010, Pan Amer Health
Organization, 525 23RD ST NW, Washington, DC 20037 USA.
16. Yang Z.H., Su Q., Chen Y.Y. ―Automatic Recognition of Man-made Objects in SAR Images
Using Support Vector Machines‖ 2009 Joint Urban Remote Sensing Event(Joint Workshop on
Urban Remote Sensing Shanghai, Peoples R China, May 20-22, 2009), 1-3, 145-149, 2009,
IEEE, 345 E 47TH ST, New York, NY 10017 USA.
17. Che-Alota V., Atekwana E.A., Atekwana E.A., Sauck W.A., Werkema D.D. ―Temporal
geophysical signatures from contaminant-mass remediation‖ Geophysics, 74 (4) B113-B123;
Jul-Aug 2009, Soc Exploration Geophysicists, 8801 S Yale ST, Tulsa, OK 74137 USA.
18. Franceschetti G., Migliaccio M., Riccio D., Schirinzi G. ―SARAS - A Synthetic Aperture
Radar (Sar) Raw Signal Simulator‖, IEEE Transactions On Geoscience And Remote Sensing, 30
(1), 110-123, Jan 1992, IEEE-INST Electrical Electronics Engineers INC, 345 E 47TH ST, New
York, NY 10017-2394.
19. Türkiye Bilimsel ve Teknolojik AraĢtırma Kurumu (TÜBĠTAK) 150Y080. Çanakkale
Boğazı‘daki Petrol Kirliliği‘nin Bazı Littoral ve Sessil Flora ve Fauna Üzerine Etkilerinin
AraĢtırılması, Prof. Dr. Sezginer Tuncer yürütücülüğünde, Aralık 2007, Çanakkale.
20. Türkiye Bilimsel ve Teknolojik AraĢtırma Kurumu (TÜBĠTAK) YDABÇAG 461/G. Ġstanbul
ve Çanakkale Boğazı ile Marmara Denizinde Petrol Kirliliği AraĢtırması‖, Prof. Dr. Kasım C.
Güven yürütücülüğünde, Ocak 1998, Ġstanbul.
832
21. Türkiye Bilimsel ve Teknolojik AraĢtırma Kurumu (TÜBĠTAK) YDABÇAG 254/G. Ġstanbul
ve Çanakkale Boğazı ile Marmara Denizi‘nde Petrol Kirliliğinin AraĢtırılması, Prof. Dr. Ertuğrul
Doğan yürütücülüğünde, Ağustos, 1996, Ġstanbul.
22. Türkiye Bilimsel ve Teknolojik AraĢtırma Kurumu (TÜBĠTAK) YBAG–0057. Petrol Arama
ve Üretim Faaliyetlerinin Çevre Üzerindeki Etkileri, Prof. Dr. Ender Okandan‘ın
yürütücülüğünde, Mart, 1994, Ankara.
23. Mohammadi T., Kazemimoghadam M., Saadabadi M. ―Modeling of membrane fouling and
flux decline in reverse osmosis during separation of oil in water emulsions‖, Desalination
(Conference on Desalination and the Environment - Fresh Water for All, Malta, Italy, May 0408, 2003), 157 (1-3) Sp. Iss. SI, 369-375, Aug 1 2003, Elsevier Science BV, PO BOX 211, 1000
AE Amsterdam, Netherlands.
24. Toprak Z.F., Toprak S., Hamidi N. “Global Climate Changes and Meteorological Identity‖,
The 4th International Symposium- Water Resources and Sustainable Development (CIREDD‗4),
22 – 23 February, 2011, Algiers.
25. Kavak O,. Önen K. ―Diyarbakır ‗da Petrol ve Çevresel Etkileri‖, Diyarbakır‘da Tarım Doğa
ve Çevre Sempozyumu, Dicle Üniversitesi, DiĢ Hekimliği Fak Konferans Salonu, Diyarbakır,
Türkiye, 1–3 Haziran 2010.
26. Beykan Petrol Üretim Sahasının Devegeçidi Baraj Gölünde ve Midyat Akiferinde Sebep
Olduğu Kirlenmenin Etüdü, ODTÜ, Petrol AraĢtırma Merkezi,1998.
833
GÖRDES BARAJI
BOYA (URANĠN –RODAMĠN) ĠZLEME DENEYLERĠ
Nurettin PELEN
Devlet Su ĠĢleri Genel Müdürlüğü, Jeoteknik Hizmetler ve Yeraltısuları Dairesi, ANKARA
[email protected]
Uğur AKDENĠZ
uakdeniz@ dsi.gov.tr
Lütfi Gür KÖKSAL
lutfukoksal@ dsi.gov.tr
Müfit ġefik DOĞDU
mufitd@ dsi.gov.tr
ÖZET
Gördes Barajı, Manisa il sınırları içinde Gölmarmara Ġlçesi‘nin 10 km kuzeydoğusunda yer alır.
Gördes Çayı üzerinde bulunan Gördes Barajı sulama ve içme suyu temini amacıyla inĢa edilmiĢ
olup, barajda 2010 yılı baĢından itibaren su tutulmaya baĢlanılmıĢtır.
Barajda su depolanmaya baĢlanmasından sonra, daha önce baraj mansap topuğunun orta
kısmından boĢalan ve ortalama debisi yaklaĢık 35 l/s olan su çıkıĢında tedrici artıĢ meydana
gelmeye baĢlamıĢtır. Baraj göl su kotu 15.02.2010 tarihinde 225.80 m iken, mansap topuğundan
çıkan kaçak su miktarı 357 l/s olarak ölçülmüĢtür. Bir gün içinde (24 saat) 16.02.2010 tarihinde
göl su kotu 225.80 m‘den 226.20 m‘ye yükseldiğinde, yani 0.4 m arttığında baraj mansap
topuğundan çıkan miktarı da aniden 1700 l/s‘ye yükselmiĢtir. Baraj göl suyundaki yükseliĢe
rağmen baraj mansap topuğunda çıkan su miktarı 1700 l/s de sabit kalmıĢtır.
Bu durum üzerine, Gördes Barajı‘ndan meydana gelen su kaçaklarının oluĢum Ģeklini, yönünü
ve hızını belirlemek amacıyla etüt çalıĢmalarına baĢlanılmıĢ ve barajın mansap topuğunda
görülen su kaçağını araĢtırmak ve memba mansap iliĢkisini belirlemek amacıyla bir dizi izleme
deneyleri gerçekleĢtirilmiĢtir..
Gördes Barajında gerçekleĢtirilen izleme deneyleri ve açılan kuyularda ölçülen yeraltısuyu
seviyelerinin değerlendirilmesi sonucunda, baraj mansap topuğundan çıkan 1700 l/s debili suyun
büyük oranda göl suyu olduğu, bu suyun geçiĢ yerinin ise 220m kotu altındaki baraj sağ sahil
köĢe bölgesi olabileceği tahmin edilmiĢtir. Ayrıca mansap topuğunda görülen suyun dıĢında,
derivasyon tüneli ve dolusavak güzergahı boyunca baraj aksı mansabındaki karstik akifere doğru
bir yeraltısuyu hareketinin varlığı belirlenmiĢtir.
835
Anahtar Kelimeler: Boya izleme deneyi, Gördes Barajı, Manisa, rodamin, uranin.
1.GĠRĠġ
Gördes Barajı, Manisa il sınırları içinde Gölmarmara Ġlçesi‘nin 10 km kuzeydoğusunda yer alır.
(ġekil 1). Gördes Çayı üzerinde bulunan Gördes Barajı sulama ve içme suyu temini amacıyla
inĢa edilmiĢ olup, barajda 2010 yılı baĢından itibaren su tutulmaya baĢlanılmıĢtır.
ġekil 1. Yer bulduru haritası.
Barajda su depolanmaya baĢlanmasından sonra, daha önce baraj mansap topuğunun orta
kısmından boĢalan ve ortalama debisi 35 l/s olan su çıkıĢında artıĢ meydana gelmeye baĢlamıĢtır.
Baraj göl su kotu 15.02.2010 tarihinde 225.80 m iken, mansap topuğundan çıkan kaçak su
miktarı 357 l/s olarak ölçülmüĢtür. Bir gün içinde (24 saat) 16.02.2010 tarihinde göl su kotu
225.80 m‘den 226.20 m‘ye yükseldiğinde, yani 0.4 m arttığında baraj mansap topuğundan çıkan
miktarı da aniden 1700 l/s‘ye yükselmiĢtir.
Bu durum üzerine, Gördes Barajı‘ndan meydana gelen su kaçaklarının oluĢum Ģeklini, yönünü
ve hızını belirlemek amacıyla etüt çalıĢmalarına baĢlanılmıĢ ve barajın mansap topuğunda
görülen su kaçağını araĢtırmak ve memba mansap iliĢkisini belirlemek amacıyla bir dizi izleme
deneyi gerçekleĢtirilmiĢtir.
2.GÖRDES BARAJI PROJE KARAKTERĠSTĠKLERĠ
Gördes Barajı, Gördes Çayı üzerinde inĢa edilmiĢ olup, barajın yapımı ile Ġzmir Ġli‘ne içme suyu
temin edilecek, Gölmarmara-Akhisar arasındaki ovanın sulanması temin edilecek aynı zamanda
taĢkın kontrolü sağlanacaktır. Barajla ilgili karakteristik bilgiler aĢağıda verilmiĢtir.
836
Tipi
Amacı
Temelden Yükseklik
Talvegten Yükseklik
Kret Kotu
Max. Su Kotu
Normal Su Kotu
Min. Su Kotu
Toplam Göl Hacmi
: Önyüzü beton kaplama
: Ġçme suyu temini ve sulama
: 100.4 m
: 88.4 m
: 270.4 m
: 268.2 m
: 268.2 m
: 205.5 m
: 448.46 hm3
3.ÇALIġMA VE DEĞERLENDĠRME YÖNTEMLERĠ
Gördes Barajı su kaçakları etüt çalıĢmalarında aĢağıda belirtilen çalıĢma ve değerlendirme
yöntemleri uygulanmıĢtır.
3.1.Jeolojik Etütler
Gördes Barajı ve civarının jeolojisi ile ilgili planlama raporu bilgileri ile bölgesel jeolojiye ait
diğer çalıĢma ve dokümanlar toplanmıĢ ve değerlendirilmiĢtir. Elde edilen verilerle, baraj yeri
civarının detaylı jeolojik incelemesi yapılmıĢtır. Baraj sağ sahilinde, jeolojinin daha iyi
aydınlatılabilmesi ve izleme deneylerinde boya enjeksiyon amacıyla da çeĢitli noktalarda temel
araĢtırma sondaj kuyuları açtırılmıĢtır. Aynı zamanda bu kuyulardan yeraltısuyu seviye
değiĢimleri de ölçülmüĢtür. ÇalıĢması yapılan yüzey jeolojisi, daha sonra açılan sondaj
kuyularının verileri ile korale edilerek daha kapsamlı hale getirilmiĢtir.
3.2.Temel Sondajlar
Gördes Baraj rezervuarından meydana gelen su kaçaklarının yönünü ve mekanizmasını
aydınlatmak için önce 8 adet ve toplam derinlikleri 530.5 m olan temel sondaj kuyuları açılmıĢ
olup, daha sonra 9‘uncu deney aĢamasından evvel enjeksiyon perdesinin altının kontrol edilmesi
amacıyla taban kotları 90 m olan kuyular açılmıĢtır. Kuyular basınçlı su deneyleri yapılmadan ve
karotsuz olarak açılmıĢ olup, kuyular izleme deneylerinde boya enjeksiyon ve gözlem kuyuları
olarak kullanılmıĢ, bütün kuyularda düzenli yeraltısuyu seviye ölçümleri yapılmıĢ ve ayrıca su
kimyası analizleri için su örnekleri alınmıĢtır. Enjeksiyon perdesi membasında açılmıĢ bulunan 7
adet temel sondaj kuyularının taban kotları 182-196 m topoğrafik kotları arasındadır.
3.3.Jeofizik Etütler
Gördes Barajı aks yeri (baraj gövdesi üzeri) ve sağ sahilinde su kaçak zonlarının belirlenmesi
amacıyla yapılan ―Gördes Barajı 2D Elektrik Rezistivite Tomografi Etüt Raporu‖‘ndan sağlanan
bilgiler izleme deneyleri kapsamında değerlendirilmiĢ ve yeraltı jeolojisinin aydınlatılmasında
kullanılmıĢtır.
837
4.JEOLOJĠ
4.1.Genel Jeoloji
Gördes Barajı aks yeri ve göl alanı ile yakın çevresinde yer alan Miyosen öncesi kaya birimleri
otokton ve allokton birimler Ģeklinde iki ana grup içinde toplanmıĢtır. Menderes masifine ait
mermer ve fillitler ile Kretase yaĢlı filiĢ ve masif kireçtaĢları otokton birimleri, baĢlıca
serpantinit, gabro, volkanitlerden oluĢan ve otokton birimleri tektonik bir dokanakla üzerleyen
ofiyolit topluluğu, allokton birimi oluĢturur. Çoğunlukla kaba kırıntılı bileĢenlerden oluĢan
Miyosen tortulları altlayan otokton ve allokton yaĢlı birimleri uyumsuz olarak üstler.
Alçak ve yüksek dereceli metamorfik kayalar içeren Menderes masifinde gnays ve
migmatitlerden oluĢan bir çekirdek kısım ile baĢlıca mikaĢist, fillit ve mermerlerden oluĢan ve
çekirdeği çevreleyen örtü birimleri yer alır. Çekirdek bölümünde yer alan gözlü gnaysların Alt
Paleozoyik yaĢında oldukları, örtü Ģistleri ve mermerlerin ise Orta-Üst Permiyen yaĢını yansıtan
mercan ve foraminifer içerdikleri saptanmıĢtır.
4.2.Baraj Yeri Jeolojisi
Baraj aks yeri civarında sol sahilde Ģistler, sağ sahilde ise mermerler mostra verir. Göl alanında
ise genellikle Neojen birimler hakimdir (ġekil 2).
ġekil 2. Baraj yeri yakın civarına ait jeoloji haritası
838
4.2.1.Fillit-mikaĢist birimi
Alt sınırı belirsiz, tabanı görülmeyen üstten ise mermerler ile çevrili olan metamorfik kaya
topluluğu, baĢlıca fillit ve mikaĢist bileĢenlerinden ve mermer ara düzeylerinden yapılıdır.
Gördes Çayı boyunca mermerlerin altında yüzlek veren birimin alt bölümleri egemen olarak
mikaĢist, üst bölümleri ise fillitten oluĢmaktadır. Düzensiz eklem sistemlerine sahip olan fillitmikaĢist birimi üstten mermerler ile çevrilidir. Yoğun tektonik etkinlikler birimlerin birbirlerine
göre olan konumlarını daha da karmaĢık hale getirmiĢtir.
4.2.2.Mermer
Genellikle sarımsı-gri renkli, orta, iri kristalli ve orta ile kalın yer yer düzenli katmanlıdır.
Mermerler içindeki eklem, çatlak ve kırık sistemleri çoğunlukla iyi geliĢmiĢ olup, bu çatlak ve
kırık sistemleri boyunca karstlaĢmaya bağlı geliĢen değiĢik büyüklüklerde erime boĢlukları
gözlenir. Mermerler, fillit-mikaĢist birimini uyumlu ve dereceli bir dokanakla üstler. Her iki
birim arasındaki dokanak aralığı boyunca, yersel olarak kalk Ģistlerden oluĢan ara düzeyler yer
alır. Mermerler içerisinde değiĢik kalınlıklarda fillit-mikaĢist ve silisçe zengin düzey
ardalanmaları görülmektedir.
4.2.3.ÇakıltaĢı-marn birimi
Otokton ve allokton özellikteki Neojen öncesi tüm birimleri uyumsuz olarak üstleyen birim
alttan üste doğru egemen olarak çakıl taĢı ve marn bileĢenlerinden yapılıdır. Marnlar açık, grimsi
ile sarımsı, ince ile orta düzgün katmanlı ve zayıf pekleĢmiĢtir. Killi kireçtaĢı, kiltaĢı ve çamur
taĢı ara katmanları marn kesiti içinde yaygın olarak görülür.
4.3.Yapısal Jeoloji
Bölgede gözlenebilen fayların büyük bölümü yüksek eğimli normal fay niteliğinde olup, faylar
egemen olarak kuzeydoğu ve kuzeybatı gidiĢli fay sistemleri ile temsil edilirler. Her iki fay
sistemi arasında 45°‘lik bir açı vardır. Bu yönüyle faylar makaslama niteliğindeki fay
sistemlerine karĢılık gelmekte olup, bölgede bu fay sistemlerinin oluĢumunu belirleyen
maksimum gerilme kuvvetleri yaklaĢık kuzey-güney doğrultusunda geliĢmiĢtir.
Sahada Delibeyler ile Ahmetler köylerinin doğusundan geçen Ahmetler fayı, mermerler
içerisinde geliĢmiĢtir. Ahmetler fayı, Akpınar kaynakları ile Gördes Çayı arasında önemli bir
yapısal süreksizlik oluĢturmaktadır. Fay boyunca iyi geliĢmiĢ çok sayıda karstik boĢluklar
bulunmaktadır. Mermerler içinde geliĢmiĢ eklem, çatlak ve kırık sistemleri, Ahmetler fayını
değiĢik noktalarda kesmektedir.
Bu yapısal özellikten dolayı Ahmetler fayı boyunca karstlaĢma çok iyi geliĢmiĢ olup, aynı
zamanda karstik akiferin yeraltısuyunu drene etmektedir. Nitekim Akpınar kaynakları, Ahmetler
fayının ovaya ulaĢtığı güney ucundan çıkmaktadır. Bu durumda, Gördes Çayı‘ndan Akpınar
kaynaklarına doğru bir su iletiminin varlığı söz konusudur.
Baraj yerindeki fillit-mikaĢist biriminde yapraklanma yönlerindeki kısa mesafelerdeki dönümler
ve ezilme zonlarının çokluğu dikkati çekmektedir. Bu olaylara daha sonra ayrıĢma eĢlik etmiĢ ve
özellikle fillatlarda aĢırı killeĢme oluĢmuĢtur. AyrıĢma etkisi ile deformasyon yeteneği artan
fillit-mikaĢist biriminde çatlak ve eklem sistemleri fazla geliĢmediği gözlenmiĢtir. Bir çok yerde
ilksel özellik ve konumlarını yitirmiĢ bir halde izlenmektedirler.
839
5.KARST HĠDROJEOLOJĠSĠ
5.1.Karbonatlı Kayaçlar Ve Karstik OluĢuklar
Gördes Barajı aks yeri sağ sahilinde ve mansabında, mermer ve mermer ara katkılı kalk Ģistler
geniĢ alanda yüzlek verirler. Bu birimler içinde tektonizmaya bağlı olarak geliĢmiĢ karst yapıları
gözlenmektedir. Ancak polye, dolin gibi büyük karst yapılarına rastlanılmamaktadır.
1986 yılında, Gördes Barajı‘nın ilk aks yeri için yapılmıĢ olan ―Gördes Barajı Göl Alanı Karst
Araştırma Raporu” kapsamında Gördes Barajı‘nın 1500 m mansabından baĢlayarak Akpınar
kaynağına doğru açılan 6 adet temel araĢtırma sondaj kuyularında mermer ve kalk Ģist birimleri
geçilmiĢtir. Bu kuyulardan alınan karotlarının incelenmesi sonucunda -20 m topoğrafik kotuna
kadar, mermerler içerisinde karst yapısının devam ettiği tespit edilmiĢtir.
5.2.Karstik Sistemin Hidrolik Özellikleri
Gördes Barajı‘nın sağ sahilinde ve baraj mansabında yer alan karstik birimlerin hidrolik
özellikleri daha önce bu sahada yapılmıĢ olan karst hidrojeolojik etütler kapsamında
belirlenmeye çalıĢılmıĢtır.
Bu bölgedeki karstik birimlerin karst hidrojeolojik etütler neticesinde ve doğal koĢullarda
hesaplanan iletkenlik katsayısı T = 1.5 m2/sn olup, depolama katsayısı ise S = 0.10‘dur.
Bu sahada önceki yıllara ait karst hidrojeolojik etütler için yapılmıĢ izleme deneyleri mevcuttur.
Gördes Barajı aksının 1500 m mansabında ve Gördes Çayı‘nın sol sahilinde açılan temel sondaj
kuyusuna izleyici boya verilmiĢtir. Karstik birimlerde, doğal koĢullardaki yeraltısuyu hızı
izleyici boyanın BeĢgöz kaynağından çıkıĢı ile 24.5 m/sa, Akpınar kaynaklarındaki çıkıĢları ile
de 29.5 m/sa ve 19.5 m/sa olarak bulunmuĢtur. Ayrıca boyanın bu sahanın 30 km batısındaki
Sarıkız kaynağından 33.3 m/sa hızla çıkmıĢ olması, Paleozoyik yaĢlı mermerler ile Mesozoyik
ve Neojen yaĢlı karbonatlı birimlerin yeraltısuyu dolaĢımım bakımından iliĢkili, dolayısı ile tek
bir karstik akifer sisteminin mevcut olduğunu göstermektedir.
Akpınar kaynaklarının baz akımlarının değerlendirilmesi sonucunda karstik akiferin hesaplanan
boĢalım katsayısı 3.3x10-3 gün-1 mertebesindedir. Bu durum, mermerler içerisinde büyük boĢluk
ve karstik kanalların hakim olduğu karst sisteminden ziyade, daha çok çatlak ve kırık
sistemlerinin bulunduğu ve buna bağlı olarak orta derecede geliĢmiĢ karstlaĢmanın ve yaygın
yeraltısuyu dolaĢımının söz konusu olduğu karst akiferini göstermektedir.
5.3.Karst Akiferinin Yeraltısuyu BoĢalım Noktaları
Doğal koĢullarda Gördes Çayı‘nın kat ederek geçtiği karstik mermer akiferle ve çevresinde
bulunan nehir yatak kotu altındaki karstik kaynaklar ile beslenim-boĢalım iliĢkisi içindedir.
Mermerlerde görülen karst modeli, tektonik kontrollü olup, çatlak, kırık ve faylanmalara bağlı
olarak geliĢme göstermiĢtir. 90 m topoğrafik kotundan çıkan ve mermerlerde görülen yeraltısuyu
boĢalım noktasını temsil eden Akpınar kaynaklarını oluĢturan yeraltısuyu dolaĢımı, Gördes
Çayı‘ndan kaynak çıkıĢ noktasına kadar uzanan Ahmetler fayının kontrolü altındadır. Aynı
topoğrafik kotlardan Mesozoyik yaĢlı karbonatlı kayaçlardan çıkan BeĢgöz kaynağı ile Neojen
yaĢlı birimlerden boĢalan Sarıkız kaynakları tümleĢik bir karst akiferinin boĢalım noktalarıdır.
Bu farklı jeolojik yaĢtaki karbonatlı kayaçların oluĢturduğu tümleĢik karst akiferinin Gördes
Çayı‘ndan meydana gelen yüzey suyu beslenimleri yapılan izleme ve izotop analizleri ile
belirlenmiĢtir. Bu sahada birbirleri olan yeraltısuyu dolaĢım iliĢkileri belirlenen tümleĢik karst
akiferinin üç ana boĢalım noktasının topoğrafik kotu 90 m olup, bu aynı zamanda karstlaĢmayı
kontrol eden ve karbonatlı kayaçları aĢındıran bölgesel korozyon (karst erozyonu) seviyesidir.
840
Gördes Barajı aks yerinin sağ sahilinde görülen baraj sıyırma kazısında sonucunda görülen ve
173-178 m kotlarından çıkan karstik pınarlar ise karstik akiferin tali üst boĢalım noktalarıdır.
6.BARAJ AKS YERĠ VE GÖL ALANININ HĠDROLOJĠSĠ
6.1.Ġklim ve Su Kaynakları
Gördes Barajı‘nın bulunduğu sahada tipik Akdeniz iklimi görülmektedir. Bu bölgedeki ortalama
yıllık yağıĢ 680 mm civarındadır. Barajın inĢa edildiği yerde Gördes Çayı‘nın yağıĢ alanı 1045
km2 olup, yıllık ortalama akım ise 194 hm3‘dür. Gördes Barajı‘nın regülasyon oranı %79‘dur.
6.2.Baraj Göl Su Kotu-Baraj Yeri Kaçakları Debi DeğiĢimleri
Gördes Barajı‘nda su depolanmaya baĢlanmasından sonra 14.01.2010 tarihine ve göl su kotu
203.00 m‘yi aĢana kadar, baraj gövde mansap topuğundan çıkan su miktarı barajda su
tutulmadan evvelki boĢalım değeri olan 35 l/s iken, baraj göl su kotu 204.00 m‘ye eriĢtiğinde
kaçan su miktarı iki katına çıkarak 70 l/s‘ye ulaĢmıĢtır.
Bu tarihten itibaren baraj mansap topuk su çıkıĢında aralıklarla debi ölçümü yapılmaya
baĢlanılmıĢtır. Baraj göl su kotu 208.00 m‘ye geldiğinde mansap topuğundaki çıkan su miktarı
97 l/s olmuĢ, göl su kotu 212.00 m‘ye eriĢtiğinde baraj topuğundaki kaçan su miktarı 200 l/s‘ye
kadar ulaĢmıĢtır. 203.00 m kotundaki baraj göl hacmi 15.5 hm3 iken 212.00 m‘de baraj göl
hacmi 35 hm3 olarak hacim-satıh grafiğinden belirlenmiĢtir.
Baraj göl su kotunda 204.00 - 212.00 m kotlarındaki baraj göl suyu değiĢimine paralel olarak
baraj göl su hacminde 19.5 hm3‘lük artıĢ meydana gelmiĢ olup, bu durum aynı zamanda baraj
topuk su çıkıĢı debisinde 5.7 kat artıĢa sebep olmuĢtur.
Baraj göl su kotunun yükselimine bağlı olarak baraj topuğundaki su miktarında artıĢ
görülmüĢtür. Baraj göl su kotu 223.90 m olduğunda, kaçan su miktarı 262 l/s olarak ölçülmüĢ,
baraj göl su kotu 225.80 m olduğunda ise baraj topuğundan çıkan su miktarı 357 l/s‘ye
ulaĢmıĢtır.
Baraj göl su kotu 212.00 m‘den 225.80 m‘ye geldiğinde, yani 13.80 m arttığında, baraj
topuğundan çıkan su miktarı 200 l/s‘den 357 l/s‘ye eriĢmiĢtir. Bu durumda, baraj göl hacmindeki
artıĢ ise 54 hm3 olmasına rağmen, baraj topuğundan kaçan sudaki debi artıĢı sadece 157 l/s
olmuĢtur.
Baraj göl su kotu 225.80 m‘ye kadar baraj göl su kotu ile baraj topuğundan çıkan su miktarı
arasında korelasyon katsayısı r = 0.97 olup, bu durum baraj göl su kotunda artıĢa bağlı olarak,
baraj topuğundan çıkan su miktarının arttığını ve baraj göl su kotu artıĢı ile baraj topuğundaki su
artıĢı arasında bire bir iliĢkinin olduğunu göstermektedir (ġekil 3).
Baraj göl su kotu 225.80 m‘den 226.20 m‘ye, 0.4 m yükseldiğinde baraj topuğundan kaçan su
miktarının debisi 357 l/s‘den, 24 saat içinde 4.7 kat artarak 1700 l/s‘ye ulaĢmıĢtır. Baraj
topuğundan kaçan su miktarında bu ani artıĢtan sonra baraj göl su kotunun yükselmesi devam
etmiĢtir. Baraj göl su kotu 226.20 m‘de iken meydana gelen bu olaydan sonra baraj göl su kotu
9.2 m artarak maksimum 235.42 m‘ye kadar yükselmiĢ, ancak baraj topuğundan çıkan suyun
1700 l/s‘lik debisinde, herhangi bir değiĢiklik görülmemiĢtir. Baraj göl su kotu 226.20 m‘den,
235.42 m‘ye çıktığında baraj gölü rezervuar hacminde ise yaklaĢık 57.5 hm3 lük bir artıĢ söz
konusu olmuĢtur. Baraj göl su kotu maksimum değeri olan 235.42 m‘den 20.07.2010 tarihinde
841
233.12 m‘ye düĢmesine, yani 2.3 m azalmasına karĢın, baraj mansap topuk su kaçağı debisi 1700
l/s‘de sabit kalmıĢ, debide değiĢiklik görülmemiĢtir. Bir baĢka deyiĢle baraj rezervuar gölündeki
hidrolik yük değiĢimleri, baraj mansap topuk su çıkıĢının debisini etkilememiĢtir.
Gördes Barajı mansap topuk su çıkıĢı baraj su tutulmaya baĢlamasından sonra 35 l/s ile baĢlamıĢ
olup, baraj göl su kotu 225.80 m‘ye eriĢtiğinde kaçan su miktarı 357 l/s olmuĢ, bu durumda
kaçan su miktarı baĢlangıç debisine göre yaklaĢık 10 kat artmıĢtır. Baraj göl su kotu 225.80
m‘den 226.20 m‘ye, 0.4 m yükseldiğinde baraj topuğundan kaçan su miktarının debisi 357
l/s‘den, bir anda 1700 l/s‘ye ulaĢmıĢtır. Gördes Barajı‘nda su tutulmadan sonra ilk ölçülen kaçan
su miktarı 35 l/s olduğuna göre, 1700 l/s çıkmıĢ olan kaçan su miktarı, barajın su tutulması
sürecinde mansap topuk su kaçağı debisinin sonuçta 49 kat arttığını göstermektedir.
ġekil 3. Baraj göl su kotu ile mansap topuk kaynağı debisi arasındaki iliĢki
842
6.3.Baraj Göl Su Kotu – Sondaj Kuyuları Yeraltısuyu Kotu DeğiĢimlerinin Korelasyonu
Ve Değerlendirilmesi
Gördes Barajı su kaçaklarının araĢtırılması, yeraltısuyu seviyelerinin gözlemek ve izleme
deneylerinde boya enjeksiyon kuyusu kullanılmak amacı ile 8 adet temel sondaj kuyusu
açılmıĢtır. Enjeksiyon perdesi membasında, dolusavak eĢik bölgesinde açılmıĢ bulunan 7 adet
temel sondaj kuyularının taban kotları 182-196 m topoğrafik kotları arasındadır. Bu kuyuların
açılma derinlikleri bu kesimde imal edilen enjeksiyon perdesinin taban kotunun üzerindedir.
Gördes Barajı‘nda açılan temel sondaj kuyularında çeĢitli tarihlerde yapılan yeraltısuyu seviye
ölçümleri Çizelge 1‘de sunulmuĢtur.
20.07.2010 tarihinde baraj göl su kotu 233.12 m‘de iken, A1, A2, A3 ve A4 no‘lu kuyularda
ölçülen yeraltısuyu seviyeleri sırası ile 33.00 m, 32.80 m, 28.00 m ve 28.00 m‘dir. Bu
kuyulardaki yeraltısuyu topoğrafik kotları A1 no‘lu kuyuda 223.45m, A2 no‘lu kuyuda 227.45
m, A3 no‘lu kuyuda 228.45 m ve A4 no‘lu kuyuda ise 228.45 m olarak hesaplanmıĢtır.
Baraj dolusavak eĢiği kesiminde açılan bu kuyulardaki yeraltısuyu kotları, baraj göl su kotunun
altındadır. Bu kuyular içerisinde en düĢük yeraltısuyu kotu B3 no‘lu kuyuda tespit edilmiĢtir. B3
no‘lu kuyuda baraj göl su kotu 233.75 m iken yeraltısuyu kotu 219.66 m olup, bu kuyudaki
yeraltısuyu seviyesi baraj gölündeki su seviyesinden 14.09 m daha aĢağıdadır. Baraj, bu göl su
kotunda iken B2 no‘lu kuyuda 10.87 m, diğer iki kuyuya nazaran baraj gölüne en yakın kuyu
olan B1 no‘lu kuyuda 9.76 m seviye farkı vardır.
Tablo 1. Baraj göl su kotu ve yeraltısuyu seviye değerleri
 Tarih 
01.03.2010
02.03.2010
09.03.2010
15.03.2010
20.07.2010
Kuyu No 
B1
B2
B3
B4
256.45
256.45
256.45
256.45
34.70
34.82
37.39
59.90
221.75
221.63
219.06
196.55
34.25
34.32
37.49
60.30
Yeraltısuyu Kotu (m)  222.20
222.13
218.96
196.15
Yeraltısuyunun Zeminden
32.45
Olan Derinliği (m) 
33.57
36.79
59.80
222.88
219.66
196.65
30.50
31.40
35.60
59.15
225.05
220.85
32.20
33.80
34.70
222.65
Kuyu Zemin Kotu (m)

(x)
Yeraltısuyu Kotu (m)

Göl Su
 Kotu (m) 
231.90
232.15
233.75
234.70
197.30
233.12
221.75
Açıklamalar: (x) Yeraltısuyu Kotu (m) = Kuyu Zemin Kotu (m) - Zeminden Yeraltısuyuna Olan Derinlik (m)
843
Dolusavak eĢik yapısının sağ duvarına ve derivasyon tüneli güzergahına paralel olarak açılmıĢ B
no‘lu kuyularda A no‘lu kuyulardan daha düĢük yeraltısuyu seviyeleri ölçülmüĢtür. Bu durum
baraj dolusavak eĢiğinin gövdeye yakın kesiminden dolusavak sağ duvarına paralel açılmıĢ olan
B no‘lu kuyulara doğru bir hidrolik eğim olduğunu göstermektedir.
Baraj enjeksiyon perdesinin membasında açılan kuyularda yüksek hidrolik eğimi karakterize
eden baraj göl su kotundan daha düĢük yeraltısuyu seviyelerinin ölçülmesinin nedeni enjeksiyon
perdesinin jeolojik Ģartlar yüzünden geçirimsiz özellikteki jeolojik birime bağlanamamasından
dolayı askıda inĢa edilmesidir.
7.BOYA ĠZLEME DENEYLERĠ
Gördes Barajı‘nda su tutulmadan önce mansap topuğundaki kaynak çıkıĢının memba ile olan
iliĢkisinin belirlenmesi amacıyla 2009 yılının ocak ve kasım aylarında iki adet izleme deneyi
gerçekleĢtirilmiĢtir. Barajda su tutulmasından sonra, 3‘üncü, 4‘üncü, 5‘inci , 6‘ıncı ,7inci , 8inci,
9 uncu olarak adlandırılan 7 adet daha boya izleme deneyi gerçekleĢtirilmiĢtir. Sunulan bu
çalıĢmada barajda su tutulduktan sonraki deneyler (3., 4., 5., 6., 7., 8. Ve 9. deneyler)
anlatılmıĢtır.
7.1. 3’üncü Boya Ġzleme Deneyi
Gördes Barajı‘nda 3‘üncü boya izleme deneyi Mart-2010 tarihinde gerçekleĢtirilmiĢtir. Üçüncü
boya izleme deneyinde: yeraltısuyuna boya vermek için sağ sahil dolusavak sol duvarı memba
tarafında yer alan B1, B2 ve B3 no‘lu üç adet boya enjeksiyon kuyusu kullanılmıĢtır. Boya
enjeksiyon kuyuları ve boya ölçüm noktalarını gösteren harita aĢağıda verilmiĢtir. (ġekil 4)
ġekil 4. Boya enjeksiyon kuyuları ve boya ölçüm noktaları yerleri
844
3‘üncü boya izleme deneyinde, ilk boya G4 no‘lu derivasyon tüneli çıkıĢ suyunda 25.saatte
gözlenmiĢtir. Bu noktada ilk boyaya rastlanmasının yanı sıra, tüm deney boyunca (yaklaĢık 31
gün) ve tüm örnekleme noktaları içinde en yüksek boya Ģiddeti değerleri (max. 600-650) de bu
noktada ölçülmüĢtür. Yirmi beĢinci saatte G1 ve G2 no‘lu noktalarda henüz boya
gözlenmemiĢken G4 no‘lu noktada boya gözlenmesi, derivasyon tüneli daha iç taraflarındaki
(G1 ve G2 no‘lu örnekleme noktalarının daha ilerisindeki) noktalardan bir boya geliĢine iĢaret
etmektedir. G4 no‘lu boya ölçüm noktasından sonra ikinci sırada (95.saat  4.gün) ve nispeten
yüksek Ģiddette (max. 200-250) boya geliĢi olan yer G1 no‘lu derivasyon tüneli sağ duvarından
gelen suyun örneklendiği noktadır. En fazla debiye (1700 l/s) sahip noktaları temsil eden G3A
ve G3B no‘lu noktalarda ise boya görülme zamanı ortalama 150.saatte (6.günde) olmuĢtur.
G3A ve G3B no‘lu noktalarda boya Ģiddeti değerleri, G1 ve G4 no‘lu noktalara göre düĢük
olmakla beraber, max. 130 büyüklüğünde gözlenmiĢtir. Deneyin baĢlangıcından 175 saat (7.3
gün sonra) sonra derivasyon tüneli sol duvarından gelen G2 no‘lu örnekleme noktasında da
düĢük yoğunluklu (max. 20-21) boya geliĢi gözlenmiĢtir. YaklaĢık 10.günde derivasyon tüneli
çıkıĢı sağ ve sol yanlarında çıkan G5 ve G6 no‘lu noktalarda boya Ģiddeti değeri max. 10-12
arasında değiĢen boya ölçümleri yapılmıĢtır. Deney süresince en geç (287 saat  12 gün sonra)
boya gözlenen nokta B4 no‘lu mansap kuyusudur. Bu noktada max. 10-11 boya Ģiddetinde düĢük
yoğunlukta sayılabilecek boya ölçümü yapılmıĢtır. Tüm boya gözlem noktalarında zamana karĢı
ölçülen boya Ģiddeti değerlerini gösteren grafik ġekil 5 de verilmiĢtir.
3‘üncü izleme deneyinde en hızlı ve en yoğun boya geliĢi olan noktalar derivasyon tüneli içini ve
çıkıĢını temsil eden G4 ve G1 no‘lu noktalarda gözlenmiĢtir. Bu noktalarda boya Ģiddeti
değerleri genelde 200‘den büyük değerler (max. 250-700) alırken diğer noktalarda bu
yoğunlukta boya geliĢi gözlenmemiĢtir. Bu durum, boya enjeksiyon kuyuları (B1, B2 ve B3) ile
bu noktalar (G1 ve G4) arasında, diğer noktalara oranla, daha hızlı bir yeraltısuyu iletiminin
(akımının) olduğu Ģekilde değerlendirilmiĢtir. hızlı bir yeraltısuyu iletiminin (akımının) olduğu
Ģekilde değerlendirilmiĢtir.
ġekil 5. Boya gözlem noktalarında zamana karĢı ölçülen boya Ģiddeti değerlerini gösteren grafik
7.2. 4’üncü Boya Ġzleme Deneyi
Gördes Barajı‘nda 4‘üncü boya izleme deneyi Nisan-2010 tarihinde gerçekleĢtirilmiĢtir.
Dördüncü boya izleme deneyinde: barajın orta bölümünden sağ sahiline doğru tekneden göl
suyuna hortum indirilerek barajın göl altındaki memba topuğuna plinth betonu boyunca, göl su
845
yüzeyinin 50 m altından göl su seviyesine çıkılarak taranacak Ģekilde baraj göl suyuna üç
aĢamada toplam 30 kg uranin boyası verilmiĢtir.
Gördes Barajı‘nda en yüksek debili (1700 l/s) mansap topuğu kaynağını temsil eden G3A no‘lu
örnekleme noktası daha ayrıntılı ölçüm alınabilmesi amacıyla 5 ayrı noktaya ayrılmıĢ ve bu
noktalar 1, 2, 3, 4 ve 5 rakamları ile numaralandırılmıĢtır. ilk boya G3A no‘lu mansap topuğu
kaynağında ve bu noktanın akıĢ aĢağısında yer alan G3B no‘lu savak noktasında 14.saatte
ölçülmüĢtür. Mansap topuğu kaynağı (G3A) ve akıĢ aĢağısında yer alan noktada (G3B)
gerçekleĢtirilen boya Ģiddeti ölçümleri, baraj gölüne verilen boyanın bu noktalara 14 saate
ulaĢtığını göstermiĢtir. G3A ve G3B no‘lu noktalarda boya gözlenmesi (ġekil 6) ve G3A no‘lu
mansap topuğu kaynağının 5 ayrı noktaya ayrılarak örneklenmesi (ġekil 7) ve bu 5 noktada boya
ölçümleri: bu noktalardan bir tanesi hariç diğer 4 noktaya 30-65 boya Ģiddeti değerlerinde, G3A
ve G3B no‘lu noktalara gelenden daha yüksek yoğunlukta boya geldiğini göstermiĢtir.
ġekil 6. G3A ve G3B no‘lu su noktalarında zamana karĢı ölçülen boya Ģiddeti değerleri
ġekil 7. G3A no‘lu noktanın daha ayrıntılı ölçüm alınabilmesi için 5 ayrı noktaya ayrılmıĢ
durumu
846
Yukarıda bahsedilen 4 noktanın zamana karĢı ölçülmüĢ boya Ģiddeti değerleri incelendiğinde, bu
noktaların ölçülmeye baĢlandığı 30.saatte bu noktalarda boya deriĢiminin azalma eğilimine
girdiğini gözlenmektedir. Bu noktalarda deneyin baĢlangıcından ~114.saat (~4.75 gün) sonra
boya geliĢi durmuĢtur. Membada dolusavak betonu sağından enjeksiyon perdesine ve derivasyon
tüneline paralel olarak uzanan bir hat boyunca açılmıĢ olan 3 kuyudan boya verilerek yapılan
3‘üncü boya izleme deneyinde ise ölçüm noktalarında ~15-20 gün boyunca boya ölçümü
alınabilmiĢtir. Bu iki deneydeki mansap topuğu kaynağına ilk boya geliĢ saatleri (3‘üncü ve
4‘üncü deneyde sırasıyla 150.saat ve 14.saat) ve boya ölçüm süreleri (3‘üncü ve 4‘üncü deneyde
sırasıyla 15-20 gün ve 4-5 gün) dikkate alındığında, göl suyuna boya verilerek gerçekleĢtirilen
4‘üncü izleme deneyinde boyanın daha çabuk (14.saatte) mansap topuğu kaynağına geldiği ve
yine daha çabuk (~4.75 gün) bu kaynak suyunda ortadan kaybolduğu anlaĢılmaktadır. Bu durum:
göl suyu (memba) ile mansap topuğu kaynağı arasında hızlı bir su iletiminin olduğunu ortaya
koymaktadır. Üçüncü deneyde boya geliĢi gözlenen G1 (derivasyon tüneli sağ duvarından gelen
su), G2 (derivasyon tüneli sol duvarından gelen su), G4 (derivasyon tüneli çıkıĢ suyu), G5
(derivasyon tünel çıkıĢı sağ kaynak), G6 (derivasyon tünel çıkıĢı sol kaynak) ve B4 (dolusavak
yanı kuyu) no‘lu noktalarda 4‘üncü deney süresince herhangi bir boya geliĢi gözlenmemiĢtir. Bu
durum, baraj membasından göl suyuna verilen izleyici boyanın bu gözlem noktalarına
ulaĢmadığını göstermektedir.
7.3. 5’inci ve 6’ıncı Boya Ġzleme Deneyleri
5‘inci boya izleme deneyi Mayıs-2010 tarihinde gerçekleĢtirilmiĢtir. BeĢinci boya izleme
deneyinde: baraj dolusavağının çıkıĢa göre sol tarafında açılan A1 no‘lu kuyudan ve baraj
gövdesinin sağ sahilindeki plinth betonuna yakın yerde bulunan A2 no‘lu kuyudan yeraltısuyuna
boya verilmiĢtir
6‘ıncı boya izleme deneyi Haziran-2010 tarihinde gerçekleĢtirilmiĢtir. Altıncı boya izleme
deneyinde: baraj göl suyu altında kalmıĢ olan 180 m kotundaki derivasyon tüneli giriĢ ağzına
boya verilmiĢtir.
5‘inci ve 6‘ıncı boya izleme deneyinde örnekleme ve ölçümü yapılan hiçbir su noktasında
boyaya rastlanmamıĢtır.
7.4. 7’inci Boya Ġzleme Deneyi
Gördes Barajı‘nda Kasım-2010‘da yapılan 7. boya izleme deneyi baraj gövdesi sol kesiminin test
edilmesi amacıyla baraj gövde membasının sol sahilinden orta bölümüne doğru göle boya
verilerek gerçekleĢtirilmiĢtir.Boya verilmesi iĢlemine baĢlanmadan önce tüm örnekleme
noktalarından Ģahit numune alınmıĢtır. Barajın sağ sahilinde, enjeksiyon perdesinin membasında
bulunan B2, B3 ve A1 no‘lu kuyulardan alınan Ģahit numunelerde, daha önceki deneylerden
kaldığı düĢünülen bir miktar boya tespit edilmiĢtir. Deneyin yapıldığı gün göl su kotu 224,29 m
ve mansap topuk kaynağı debisi 1675 l/s‘dir.
Baraj göl suyuna boya verme iĢlemi 29.11.2010 tarihinde saat 15:50‘de baĢlamıĢ ve aynı gün
saat 17:00‘da sona ermiĢtir. Göle boya verilme iĢleminde kullanılmak üzere DSĠ 2. Bölge
Müdürlüğü tarafından tekne temin edilmiĢtir. Tekneden göl suyuna hortum indirilerek barajın
göl altındaki memba topuğuna plinth betonu boyunca, göl su yüzeyinin 50 m altından göl su
seviyesine çıkılarak taranacak Ģekilde baraj göl suyuna üç aĢamada toplam 24 kg uranin boyası
verilmiĢtir (Fotoğraf 1). Birinci aĢamada 10 kg boya, barajın sol sahilinde bulunan göl suyuna,
ikinci aĢamada 10 kg boya baraj sol sahili ile orta kısmı arasındaki göl suyuna ve son olarak 5 kg
boya baraj göl suyunun sol sahilinden orta kısma yakın tarafına verilerek gerçekleĢtirilmiĢtir.
Boya verme iĢlemi sırasında, boyanın tüm su kütlesine homojen bir Ģekilde dağılması amacıyla
847
hortum yukarıya yavaĢ yavaĢ çekilmiĢ ve bu üç aĢama da tabandan su yüzeyine kadar bütün su
kütlesinin boyanmasına çalıĢılmıĢtır.
Baraj göl suyunun boyama iĢleminin tamamlanmasının ardından aynı gün saat 18:00‘da memba
tarafındaki 5 kuyu (B1, B2, B3, A1 ve A2 no‘lu kuyular) ile mansap tarafındaki 11 noktada (B4
no‘lu kuyu ve 1, 2, 3, 4, 5, Hendek, G5, G6, G7, G8, G9 no‘lu noktalar) su örneklemesine
baĢlanmıĢtır. Deney baĢlangıcından deney sonuna kadar sırasıyla 2, 3, 4, 6, 8 ve 12 saatte bir
olmak üzere 11 gün boyunca örnekleme yapılmıĢtır. Deney sonucunda barajın mansap tarafında
bulunan gözlem noktalarında izleyici boyaya rastlanmamıĢtır.
7.5. 8’inci Boya Ġzleme Deneyi
Gördes Barajı‘nda sekizinci boya izleme deneyi Aralık-2010‘da enjeksiyon perdesinin altının
test edilmesi amacıyla sağ sahil plinth betonunun hemen yakınında bulunan DESK-1 no‘lu
kuyudan boya verilerek gerçekleĢtirilmiĢtir.Boya verilmesi iĢlemine baĢlanmadan önce tüm
örnekleme noktalarından Ģahit numune alınmıĢtır. ġahit numunelerde izleyici boyaya
rastlanmamıĢtır. Deneyin yapıldığı gün göl su kotu 216,72 m ve mansap savak debisi 1250
l/s‘dir. Sekizinci Boya Ġzleme Deneyi‘nde, sağ sahil plinth betonunun hemen yakınında yaklaĢık
237 m kotunda ve enjeksiyon perdesinin altına, 90 m kotuna inecek Ģekilde ve 90-160 m kotları
arası filtreli boru ile techiz edilmiĢ (160-237 m kotları arası kapalı boru ile teçhiz edilmiĢtir.)
olan DESK-1 no‘lu kuyu boya enjeksiyon kuyusu olarak kullanılmıĢtır. DSEK-1 no‘lu kuyudan
90 - 160 m kotları arasına iki aĢamada (90-115 m ve 115-160 m) toplam ~5 kg uranin boya
yeraltısuyuna verilerek gerçekleĢtirilmiĢtir. Boya verme iĢleminin tamamlanmasından sonra
mansapta yer alan 1, 2, 3 4, 5, G4, G5, G6, G7, G8 ve G9 no‘lu noktalardan (toplam 11
noktadan, ġekil 8) sırasıyla 2, 3, 4, 6, 8 ve 12 saatte bir olmak üzere 15 gün boyunca örnekleme
yapılmıĢtır. Boya ölçümü yapılan gözlem noktalarında deney süresince izleyici boyaya
rastlanmamıĢtır.
ġekil 8. Sekizinci boya izleme deneyi su örnekleme noktaları
848
7.6. 9’uncu Boya Ġzleme Deneyi
Gördes Barajı‘nda dokuzuncu boya izleme deneyi ġubat-2011‘de enjeksiyon perdesinin alt
kısmının test edilmesi amacıyla sağ sahilde baraj kreti üzerinde açılan DESK-2 no‘lu kuyudan
boya verilerek gerçekleĢtirilmiĢtir.
Boya verilmesi iĢlemine baĢlanmadan önce tüm örnekleme noktalarından Ģahit numune alınmıĢ,
tüm kuyulardan seviye ölçümü yapılmıĢtırBu veriler kullanılarak eĢ yeraltısuyu seviye haritası
hazırlanmıĢtır. Deneyin yapıldığı gün göl su kotu 220,19 m ve mansap topuk kaynağı debisi
1350 l/s‘dir. Bu iĢlemler tamamlandıktan sonra boya verme iĢlemine geçilmiĢtir.
Dokuzuncu boya izleme deneyinde, sağ sahilde, baraj kreti üzerinde, 270 m kotunda, enjeksiyon
perdesinin altına, 90 m kotuna inecek Ģekilde 180 m derinliğindeki açılan, yüzeyden itibaren ilk
100 m lik kısmı (170-270 m kotları arası) kapalı boru ile, geri kalan kısmı (90-170 m kotları
arası) ise filtreli boru ile teçhiz edilmiĢ olan DESK-2 no‘lu kuyu boya enjeksiyon kuyusu olarak
kullanılmıĢtır. Bu kuyunun 90-170 m kotları arasına iki aĢamada (90-130 ve 130-170 m) toplam
~5 kg uranin boya yeraltısuyuna verilmiĢtir. Boyanın tüm kuyu derinliği boyunca yeraltısuyuna
karıĢması için boya karıĢtırılan mikserden gelen hortum ilk olarak kuyu tabanına indirilmiĢ ve
kuyuya boya verilirken bu hortum yavaĢ yavaĢ yukarı çekilerek tüm kuyu kesiti boyanmaya
çalıĢılmıĢtır. Boya verme iĢlemine 08.02.2011 tarihinde saat 14:00‘da baĢlanmıĢ ve aynı gün saat
14:40‘da sona ermiĢtirBoya verme iĢleminin tamamlanmasından sonra mansapta yer alan 1, 2, 3
4, 5, G4, G5, G6, G7, G8, G9, hendek, B4, DESK-7 ve DESK-8 no‘lu toplam 15 noktadan
(sırasıyla 2, 3, 4, 6, 8 ve 12 saatte bir olmak üzere 17 gün boyunca örnekleme yapılmıĢtır (ġekil
9)
ġekil 9. Dokuzuncu boya izleme deneyi su örnekleme noktaları
849
Yapılan boya ölçümleri sonucunda, 15 gözlem noktasından sadece DESK-8 no‘lu kuyuda
izleyici boya tespit edilmiĢtir. Boya tespit edilen DESK-8 no‘lu kuyu dolusavak kenarında
(mansapta) 242 m kotunda, 152 m derinliğinde ve kuyu tabanı 90 m kotuna inecek Ģekilde
enjeksiyon perdesinin altını test etmek amacıyla gözlem kuyusu olarak açılmıĢtır. DESK-8 no‘lu
kuyuda ilk boya 22. saatte tespit edilmiĢ ve deney sonuna kadar (17 gün boyunca) kuyudan boya
geçiĢi devam etmiĢtir.
SONUÇLAR
Gördes Barajı aks yeri sağ sahilinde ve baraj mansabında yüzeylenen mermerlerin oluĢturduğu
karstik akiferin boĢalım noktası, barajın yaklaĢık 12 km güney batısında yer alan ve 90 m çıkan
boĢalan Akpınar kaynağı olup aynı zamanda kaynak çıkıĢ noktası ise mermerlerdeki aktif karst
erozyon seviyesini (aĢınma seviyesini) göstermektedir.
3‘üncü izleme deneyinde 15.03.2010 tarihinde B1 no‘lu kuyuya verilen 6 kg uranin boya, uygun
yeraltısuyu hidrolik eğim koĢullarına rağmen, B1 no‘lu kuyuya 65 m uzaklıktaki B2 ve 132 m
uzaklıktaki B3 no‘lu kuyuya 22 saat gözlem süresince ulaĢmamıĢtır. 5‘inci izleme deneyinde de
A1 ve A2 no‘lu kuyulara verilen toplam 24 kg rodamin izleyici boyaya baraj mansabındaki
noktalarda rastlanmamıĢtır. Bu durum: bu izleyici boyaların, barajın inĢa edildiği vadiden daha
düĢük kotlu yan vadi koĢulları bulunmadığından, bir Ģekilde baraj mansabındaki karstik akifere
doğru intikal ettiği göstermektedir.
Gördes Barajı‘nda gerçekleĢtirilen 3‘üncü, 4‘üncü, 5‘inci 6‘ıncı ve 7‘inci izleme deneyleri
değerlendirildiğinde baraj mansap topuğundan çıkan 1700 l/s debili suyun büyük oranda göl
suyu olduğu, bu 1700 l/s‘lik miktarın bir bölümünün de dolusavak eĢiğinin derivasyon tüneli
güzergahına yakın olan kısmından geldiği anlaĢılmaktadır.
Sekizinci boya izleme deneyinde enjeksiyon perdesinin altının test edilmesi amacıyla sağ sahil
plinth betonunun hemen yakınında bulunan DESK-1 no‘lu kuyudan boya verilerek gözlem
noktalarından örnekleme yapılmıĢtır. Gözlem noktalarının hiçbirinde izleyici boyaya
rastlanmamıĢtır.
Dokuzuncu boya izleme deneyinde enjeksiyon perdesinin alt kısmının test edilmesi amacıyla sağ
sahilde baraj kreti üzerinde açılan DESK-2 no‘lu kuyudan boya verilmiĢ ve gözlem
noktalarından örnekleme yapılmıĢtır. Bu deneyde, gözlem noktalarından, enjeksiyon perdesinin
altına inecek Ģekilde açılmıĢ olan DESK-8 no‘lu kuyuda 22. saatte izleyici boya tespit edilmiĢtir.
Bu değer kullanılarak hesaplanan maksimum yeraltısuyu hızı ise 156,44 m/gün veya 6,52 m/saat
dir. Dokuzuncu boya izleme deneyinde, DESK-8 no‘lu kuyuda boya tespit edilmesi, boyanın 170
m (B4 no‘lu kuyunun alt kotu) ve 90 m (DESK-8 no‘lu kuyunun alt kotu) seviyeleri arasından,
enjeksiyon perdesinin altından geçiĢ yaptığına iĢaret etmektedir.
850
ATLANTI VE ILGIN OVALARI SULAMASI ĠÇĠN SULAMA SUYU
KALĠTESĠNĠN ĠNCELENMESĠ
Zeynep Kübra DÖNMEZ
Devlet Su ĠĢleri Genel Müdürlüğü
Teknik AraĢtırma ve Kalite Kontrol Dairesi BaĢkanlığı, ANKARA
[email protected]
Erol PEHLĠVAN
Selçuk Üniversitesi, Kimya Mühendisliği Bölümü, KONYA
[email protected]
ÖZET
Bu çalıĢmada ÇavuĢçu Gölü sulama kanalı üzerinde su kalitesi incelenmiĢtir. Ilgın-ÇavuĢçu gölü
çıkıĢından ve sulama kanalı üzerinde iki örnekleme noktasından Ekim 2008 ile Mayıs 2009
tarihleri arasında 8 ay boyunca düzenli olarak her ay su numunesi alınmıĢ ve analizleri
yapılmıĢtır. ÇalıĢma zamanın Ekim 2008-Mayıs 2009 arasında seçilmesinin sebebi, sulama suyu
kanalı yakınında bulunan Fabrikanın Kampanya döneminde ( Ekim 2008- ġubat-2009) sulama
kanalına bıraktığı atık deĢarjının sulama suyuna olan etkisini gözlemlemektir. ÇalıĢmada su
kalitesini incelemek için Debi, Su Sıcaklığı, pH, Elektriksel Ġletkenlik, Toplam Katı Madde,
Bulanıklık, Renk, Toplam Alkalinite, Klorür, Sülfat, Amonyak Azotu, Nitrit Azotu, Nitrat
Azotu, Toplam Sertlik, Orto fosfat, Sodyum, Potasyum, Magnezyum, Kalsiyum, ÇözünmüĢ
Oksijen, Permanganat, Kimyasal Oksijen Ġhtiyacı, Biyolojik Oksijen Ġhtiyacı ve bor miktarı
ölçülmüĢtür. Kampanya döneminde sulama suyunun kirliliğinin arttığı ve bununda bitki kökleri
için oksijen alınımının zorlaĢtıracağı sonucu çıkarılmıĢtır.
Anahtar Kelimeler: ÇavuĢçu Gölü, su kalitesi, sulama suyu kalitesi.
INVESTIGATION OF THE IRRIGATION WATER
QUALITY FOR ILGIN AND ATLANTI PLAINS
ABSTRACT
This study is related to the investigation of the water quality irrigation channel of ÇavuĢçu Lake.
Water samples were taken regularly from two sampling points of ÇavuĢçu Lake starting point
and irrigation channel for 8 months between October 2008 and May 2009 and water analysis
were done. Working time has been chosen as October 2008-February 2009 because the waste
discharge of some factories to the irrigation channel is this interval and we investigated the effect
of this discharge on the water quality of the channel. The parameters affecting to the water
quality such as; water flow rate, water temperature, dissolved oxygen, pH, electrical
conductivity, total solid matter, turbidity, color, total alkalinity, chloride, sulfate, ammonia
nitrogen, nitrite, nitrate, total hardness, orthophosphate, sodium, potassium, magnesium,
calcium, permanganate, chemical oxygen demand, biological oxygen demand and bor amount
851
were measured. The pollution of the irrigation water was increased when factory is working and
so plant roots have difficulties in taking oxygen into the plant roots.
Keywords: ÇavuĢçu Lake, water quality, irrigation water quality.
1.GĠRĠġ
Kullanım amaçları açısından suyun sahip olduğu fiziksel, kimyasal ve biyolojik özelliklerin
tümüne ―su kalitesi‖ adı verilmektedir. Burada belirleyici unsur kullanım yönü olduğu için tüm
sular için genel bir su kalitesi kavramından söz etmek güçtür (Yalçın ve Gürü, 2002).
Su kirliliğinin kaynakları; evsel atıklar, endüstri atıkları, tarımsal aktiviteler, taĢımacılık ve
nükleer santrallerin atıkları sayılabilir.(KocataĢ, 1994).
Koya Ilgın Ovası, 5214 hektarlık tarım alanı ile ilçenin en büyük tahıl ambarıdır. Bu alanda % 70
hububat, % 20 pancar ve % 10 sebze ve meyve yetiĢtiriciliği yapılmaktadır. Ayrıca batıda
Argıthanı Ovası, kuzeyde de Büyükoba ilçenin en verimli topraklarını oluĢturur (Anonim, 2001).
Büyüklü küçüklü dere, çay, göl ve gölet bulunan bölgede, kıĢın ve ilkbaharda kar ve yağmur
suları ile beslenen dereler bol su taĢımalarına rağmen yaz aylarında suları çekilmektedir. Bölgede
bulunan Akarsular, Çiğil Deresi, Mahmuthisar Çayı, ÇebiĢli Deresi, Bulcuk Deresi, Ilgın
ÇavuĢçu Gölü, Mecidiye Köyü Göleti ve Bulcuk Göleti‘dir (Anonim, 2001). Ilgın‘ın 3 km
kuzeybatısında, Sultan dağlarının kuzey eteklerinde 51 km2 alana sahip, etrafı sazlık ve
bataklıklarla kaplı, tektonik bir tatlı su baraj gölüdür.
Devlet Su ĠĢleri Genel Müdürlüğü (DSĠ), ülkemizde tüm su kaynaklarının planlanması, yönetimi,
geliĢtirilmesi ve iĢletilmesinden sorumlu ana kuruluĢ olarak söz konusu doğal kaynakların en
akılcı Ģekilde kullanılmasını amaçlamaktadır. DSĠ 1963 yılında baĢlamıĢ olup, 1970 yılına kadar
ilçenin 5 km kuzeyinde 28.727 km2 alanda kuzey (4200 m) ve güney (2100 m) seddelerini
oluĢturan 184,1 hm3 hacimli % 80 sulama % 20 taĢkın maksatlı ÇavuĢçu Gölünü inĢa etmiĢtir.
ÇavuĢçu Gölü 1.030 m. kret kodunda olup 184,1 hm3 maksimum seviyede hacimli, 17.639
hektar Atlantı ve Ilgın ovalarını sulamaktadır. ÇavuĢçu Gölünün kaynağı Doğanhisar ilçesi ve
Argıthanı Kasabasından gelen ÇebiĢli ve Belekler köyü ve AĢağı ve Yukarı Çiğil kasabaları
tarafından gelen Çiğil derelerinden beslenmektedir. Bu yörede Doğanhisar Ilgın ve Kadınhanı
ilçelerinin fazla gelen feyezanları ana tahliye olan Bolasan tahliye kanalı vasıtası ile Ilgın,
Kadınhanı, Yunak ve Çeltik Ġlçe sınırlarından geçerek Sakarya nehrine dökülmektedir. Batısında
Ilıca adı verile sıcak su kaynağı vardır. KıĢın kar ve yağmur suları ile dolan göl alanı, yaz
mevsiminde Atlantı ve Ilgın Ovalarını suladığından, göl sularının çekildiği arazilerde vatandaĢlar
tahıl ürünleri ekmektedir. Ayrıca Atlantı kanalı yoluyla da 90.000 dekar arazi Ilgın gölünden
sulanmaktadır. Gölde ördek ve kaz çeĢitleri, flamingo, pelikan, sakarmeke, balıkçıl vb. kuĢ
türlerinin yanı sıra, aynalı sazan, tatlı su kefali, kerevit gibi balıklar yaĢamaktadır. Balıkçılık
ÇavuĢçu Gölü su ürünleri kooperatifi tarafından denetlenip değerlendirilmektedir. Gölü besleyen
akarsular Mahmuthisar Çayı, Çiğil Deresi ve ÇebiĢli Deresidir (Anonim, 1978).
2.MATERYAL METOD
ÇavuĢçu gölünde regülatörden çıkan sulama suyu cazibeli akıĢ ile sulama kanalı ile 7 km ilerde
olan Orhaniye köyündeki Orhaniye köprüsünden ve 3 km sonra Zaferiye köyünde bulunan
Zaferiye köprüsünden geçip, Atlantı ve Ilgın ovalarını sulamaktadır. ÇavuĢçu gölünün kaynağı
Doğanhisar ilçesi ve Argıthanı kasabasından gelen ÇebiĢli deresi ve Belekler köyü ve Çiğil
kasabaları tarafından Çiğil derelerinden beslenmektedir.
852
I. örnekleme noktası ÇavuĢçu Gölünü temsilen ÇavuĢçu Gölü regulatör çıkıĢı, II. örnekleme
noktası Orhaniye köprüsü, III. örnekleme noktası ise Zaferiye köprüsü olarak seçilmiĢtir. ġekil
1.‗de ÇavuĢçu Gölünün dolu olduğu zamanlardaki durumu verilmiĢtir (Anonim, 2001). Su
kalitesi parametreleri TS (Türk Standartları), STDM (Standart Metod) ve EPA metodu
yardımıyla ölçülmüĢtür. ÇalıĢmada verilen Ģekiller (1-17) tez çalıĢmasından alınmıĢtır (Dönmez,
2010).
ġekil 1. ÇavuĢçu Gölü Genel Görünüm.
ġekil 2. I. Örnekleme Noktası
(ÇavuĢçu gölü Regulatör ÇıkıĢı).
ġekil 3. II. Örnekleme Noktası
(Orhaniye Köprüsü).
ġekil 4. III. Örnekleme Noktası
(Zaferiye Köprüsü).
853
3.ARAġTIRMA SONUÇLARI
Tablo 1. I. Örnekleme Noktası ÇavuĢçu gölü Regulatör ÇıkıĢı Analiz sonuçları (Dönmez, 2010)
Ölçüm Zamanları
Ölçülen
Parametreler
Su Sıcaklığı (oC)
pH
Toplam Katı
Madde (mg/L)
Renk
Klorür (mg/L)
Sülfat (mg/L)
Amonyak Azotu
(mg/L)
Nitrit Azotu (mg/L)
Nitrat Azotu
(mg/L)
Orta Fosfat (mg/L)
Sodyum (mg/L)
(mg/L)
Kimyasal
Oksijen Ġhtiyacı
(mg/L)
Biyolojik
Oksijen ihtiyacı
(mg/L)
Ekim
22,7
8
Kasım
15,1
8,2
Aralık
10
8,1
Ocak
10,6
8,1
ġubat
12
8,2
Mart
19,2
8
Nisan
20,6
7,3
Mayıs
24,2
8
347
378
1021
1027
255
365
274
183
5
46,2
24
20
46,2
24
5
252,1
148
2
259,2
153,6
7,5
28,4
24
30
81,7
28,8
25
49,7
24
2
53,3
9,6
0,475
0,239
0,44
0,445
0,01
0,384
0,2
0,015
0,153
0,034
0,047
0,045
0,02
0,114
0,221
0,031
1,03
0,7
1,338
1,34
0,595
2,83
3,806
0,341
0,86
9,2
0,65
9,2
0,2
78,2
0,2
80,5
0,1
9,2
1,02
9,2
0,2
9,2
0,2
6,9
6,49
8
6,2
8
8,1
7,4
6
8,5
100
45,2
40
53
23
34,7
40
30
45
12
20
11
3,8
15
14
12
Tablo 2. II.Örnekleme Noktası Orhaniye Köprüsü Analiz Sonuçları (Dönmez, 2010).
Ölçüm Zamanları
Ölçülen
Parametreler
Ekim
Kasım
Aralık
Ocak
ġubat
Mart
Nisan
Mayıs
Su Sıcaklığı ( C)
-
-
10
9,7
12,8
19,7
20,5
23,9
o
pH
-
-
8
8
8,1
8
7,6
8,1
Toplam Katı
Madde (mg/L)
-
-
617
611
693
646
287
186
Renk
-
-
8
2
10
0
30
2
Klorür (mg/L)
-
-
85,2
88,8
120,7
124,3
56,8
46,2
Sülfat (mg/L)
-
-
86,4
96,1
57,6
57,6
28,8
9,6
-
-
0,938
0,93
0,147
0,02
0,14
0,02
-
-
0,043
0,04
0,031
0,058
0,198
0,028
-
-
1,224
1,225
1,775
0,811
3,68
0,81
Orta Fosfat (mg/L)
-
-
0,7
0,65
1,8
0,45
0,45
0,3
Sodyum (mg/L)
-
-
52,9
57,5
52,3
55,2
11,5
6,9
-
-
6,5
8,4
6,2
7,68
5,5
7,8
-
-
220
220
63,2
44,9
65
40
-
-
115
110
35
23
33
20
Amonyak Azotu
(mg/L)
Nitrit Azotu
(mg/L)
Nitrat Azotu
(mg/L)
(mg/L)
Kimyasal oksijen
Ġhtiyacı (mg/L)
Biyolojik oksijen
ihtiyacı (mg/L)
854
Tablo3. III. Örnekleme noktası Zaferiye Köprüsü (Dönmez, 2010).
Ölçüm Zamanları
Ölçülen
Parametreler
Ekim
Kasım
Aralık
Ocak
ġubat
Mart
Nisan
Mayıs
Su Sıcaklığı (oC)
-
-
10
9,7
12,8
19,7
20,5
23,9
pH
-
-
8
8
8,1
8
7,6
8,1
Toplam Katı
Madde (mg/L)
-
-
617
611
693
646
287
186
Renk
-
-
8
2
10
0
30
2
Klorür (mg/L)
-
-
85,2
88,8
120,7
124,3
56,8
46,2
Sülfat (mg/L)
-
-
86,4
96,1
57,6
57,6
28,8
9,6
Amonyak Azotu
(mg/L)
-
-
0,938
0,93
0,147
0,02
0,14
0,02
Nitrit Azotu (mg/L)
-
-
0,043
0,04
0,031
0,058
0,198
0,028
-
-
1,224
1,225
1,775
0,811
3,68
0,81
-
-
385
390
450
405
210
141
Orta Fosfat (mg/L)
-
-
0,7
0,65
1,8
0,45
0,45
0,3
Sodyum (mg/L)
-
-
52,9
57,5
52,3
55,2
11,5
6,9
-
-
6,5
8,4
6,2
7,68
5,5
7,8
982
334
850
860
147
160
80
100
408
180
490
440
60
70
40
40
Nitrat Azotu
(mg/L)
Toplam Sertlik
(mg/L)
(mg/L)
Kimyasal oksijen
Ġhtiyacı (mg/L)
Biyolojik oksijen
ihtiyacı (mg/L)
Tablo 4. ÇavuĢçu Gölünü besleyen derelerin ve örnekleme noktalarının debi ölçümlerinin analiz
sonucu değerleri (Dönmez, 2010)
Debi (m3/s)
Ölçüm noktaları
Ekim
Kasım
Aralık
Ocak
Şubat
Mart
Nisan
Mayıs
Çebişli Deresi
0
0,102
0,19
0,215
1,359
2,67
2,220
0,753
Çiğil Deresi
0,213
0,467
0,45
0,606
6,145
11,500
7,426
4,376
Orhaniye Köprüsü
0
0
0
0,093
0,066
0,15
0,335
8,996
Zaferiye Köprüsü
0,607
0,655
0,646
0,722
0,722
0,962
0,962
9,225
ġekil 5. Örnekleme noktalarında ölçülen sıcaklık değerinin zamana göre değiĢimi
855
ġekil 6. Örnekleme noktalarında ölçülen pH değerinin zamana göre değiĢimi.
ġekil 7. Örnekleme noktalarında ölçülen çözünmüĢ oksijen değerinin zamana göre değiĢimi.
ġekil 8. Örnekleme noktalarında ölçülen toplam çözünmüĢ katı değerinin zamana
göre değiĢimi.
856
ġekil 9. Örnekleme noktalarında ölçülen renk değerinin zamana göre değiĢimi.
ġekil 10. Örnekleme noktalarında ölçülen klorür değerinin zamana göre değiĢim.
ġekil 11. Örnekleme noktalarında ölçülen amonyak azotu değerinin zamana
göre değiĢimi.
857
ġekil 12. Örnekleme noktalarında ölçülen nitrit azotu değerinin zamana göre değiĢimi.
ġekil 13. Örnekleme noktalarında ölçülen nitrat azotu değerinin zamana göre değiĢim.
ġekil 14. Örnekleme noktalarında ölçülen sodyum değerinin zamana göre değiĢimi.
858
ġekil 15. Örnekleme noktalarında ölçülen ortofosfat değerinin zamana göre değiĢimi.
ġekil 16. Örnekleme noktalarında ölçülen BOĠ değerinin zamana göre değiĢimi.
ġekil 17. Örnekleme noktalarında ölçülen KOĠ değerinin zamana göre değiĢmi.
859
ÇavuĢçu gölü sulama kanalında Ekim–2008 ve Mayıs–2009 tarihleri arasında düzenli olarak her
ay numune alınmıĢ ve 8 ay boyunca su kalitesi değiĢimi izlenmiĢtir.
Suyun kalite parametreleri belirlenirken alınan suyun sıcaklığı oldukça önem taĢımaktadır.
Sıcaklık su kütlelerinin hareketini belirleyen parametrelerden biridir. Örnekleme noktalarında
belirlenen sıcaklık değeri suyun kalitesini yansıtması yanında, çözünmüĢ oksijen
konsantrasyonu, tuzluluğun belirlenmesi, elektriksel iletkenlik değerlerinin ve pH değerlerinin
standart bir sıcaklıkta kalibrasyonu için gereklidir. ÇavuĢçu gölü sulama kanalında yapılan
ölçümler sonucu sıcaklık değiĢimleri ġekil 5‗de verilmiĢtir. Sıcaklık değerleri mevsimsel
değiĢimlerin ve hava sıcaklığının sonucu olarak en yüksek sıcaklık değeri 24,2 oC ile 2009 Mayıs
ayında ÇavuĢçu gölü çıkıĢında, en düĢük sıcaklık ise 2009 Ocak ayında 9,7 oC olarak
ölçülmüĢtür.
Suyun pH değeri su için hem kalite parametresi olup hem de diğer parametreler üzerinde etkili
olan bir özelliktir. ÇavuĢçu gölü sulama kanalındaki ölçülen pH değerlerinde aĢırı bir artıĢ veya
azalma gözlenmemiĢtir. En yüksek ölçülen pH değeri 8,2 olarak Kasım ayında, en düĢük ölçülen
pH değeri ise Ekim ayında Zaferiye köprüsünde 6,9 olarak ölçülmüĢtür.
ÇavuĢçu gölü çıkıĢı analiz sonuçları incelendiğinde Aralık ve Ocak aylarında toplam çözünmüĢ
katılar, nitrit, nitrat, sodyum değerlerinde maksimum bir artıĢ gözlenmektedir. Bunun sebebi ise,
bu aylarda göle Çiğil deresi ve ÇebiĢli deresinden su akıĢı olmasıdır. Aralık ve Ocak aylarında
yağıĢların fazla olması sebebiyle gölü besleyen bu ana kanallar yağmur ve kar suyunu taĢırlar.
Ayrıca ÇebiĢli deresine kanalizasyon suyu karıĢmaktadır. TaĢıdıkları bu suların özellikleri
ÇavuĢçu gölünün su özelliklerini etkilemektedir.
Sulama kanalında ġekil 10. incelendiğinde klorür değerlerine bakıldığında en yüksek klorür
değerinin Ocak ayında 259,2 mg/L olarak ölçülmüĢtür. Klorür suda en çok rastlanan anyondur.
BaĢta deniz suları olmak üzere bütün sular hatta yağmur suları bile klorür içerir. Klorür suda çok
kolay çözünür. Bunun sonucu olarak da yüzeysel sulara klorür karıĢır. Bunun sonucu olarak da
Aralık ve Ocak aylarında gölü besleyen kanalların taĢıdıkları ve geçtikleri arazi nedeniyle klorür
içeriği fazla suyu ÇavuĢçu gölüne taĢımıĢlardır.
Oksijen sucul yaĢamın parçası olan tüm canlılar için gereklidir. ÇavuĢçu gölü çıkıĢı ve Orhaniye
köprüsü arasında ölçülen çözünmüĢ oksijen değerleri arasında çok fazla fark bulunmamaktadır.
Fakat fabrikanın çalıĢma aylarında Zaferiye köprüsünde çözünmüĢ oksijen değerlerinin 0.0 mg/L
olduğu ve kanalın fazlasıyla kirlendiği gözlenmektedir.
Su içerisinde azot genellikle amonyum, nitrit ve nitrat halinde bulunur. ġekil 11. incelendiğinde
amonyak azotu değerinin üç örnekleme noktası içinde yaz aylarına doğru düĢtüğü
gözlenmektedir. En düĢük amonyak azotu değeri 0,015 mg/L ile ÇavuĢçu gölüne Mayıs ayında
ölçülmüĢtür. Fakat etraftaki sanayi kuruluĢlarının kampanya dönemlerinde Zaferiye köprüsünde
amonyak azot değerinin maksimum değerler yükseldiği gözlenir. Bir suda amonyak artıĢı o
suyun kirliliğini gösterir. Fabrikanın kampanya dönemi bittiği tarihten itibaren amonyak azotu
değerlerinde düĢüĢ gözlemektedir. Maksimum ölçülen amonyak azotu değeri Zaferiye
köprüsünde Kasım ayında 7 mg/l‘dir. Mart ayında bu değer 0,154 mg/L ‗ye kadar düĢmüĢtür.
Doğal sular içinde bulunan nitrit kısa sürede nitrata dönüĢür. ġekil 12. ve ġekil 13.
incelendiğinde nitrit azotu ve nitrat azotu değerlerinin üç örnekleme noktası içinde Mart ve
Nisan aylarında maksimum değerlere ulaĢtığı gözlenmektedir. Bu zamanlarda yağıĢların artması
ile gölü besleyen Çiğil deresi ve ÇebiĢli deresinin debileri artmıĢtır. Nitratın en önemli kaynağı
atmosferik azotun ĢimĢek olaylarında havadaki oksijenle birleĢerek azot oksit haline dönüĢür ve
yağmur suları ile yeryüzüne iner, toprağa, suya karıĢır. Doğal sulara karıĢan nitrit kısa zamanda
860
nitrata dönüĢür. Bu aylarda ÇavuĢçu gölünü besleyen debileri yüksektir. Bu sebeple bu aylarda
derelerin taĢıdıkları suların yapısı sulama kanalının su yapısını etkilemektedir YağıĢlar sonucu
yüzeysel akıĢlarla azotlu gübre kullanılan tarım arazilerinden taĢınma olduğu düĢünülmektedir.
Suyun etkisi ile topraktaki gübreler biriken azotla beraber yeraltı ve yerüstü sularına karıĢırlar.
Üç örnekleme noktası kendi içinde değerlendirildiğinde Ekim ve Mart ayları arasında ÇavuĢçu
gölü çıkıĢını temsil etmesi beklenen Zaferiye köprüsünde ölçülen değerler çok yüksek çıkmıĢtır.
Fabrikanın kanala boĢaltılan atık içerinde gübrede bulunmaktadır. Ayrıca Mayıs ayına doğru üç
örnekleme noktası içinde yağıĢların azalması ve kampanya döneminin bitmesi sebebiyle azot
değerlerinin düĢtüğü gözlenmektedir.
Su kaynaklarının korunması ve etkinliğinin geliĢtirilmesi ile ilgili birçok kuruluĢ görev
yapmaktadır. Bunlar arasında en önemlileri, Çevre ve Orman Bakanlığı, Tarım ve Köy ĠĢleri
Bakanlığı, Sanayi ve Ticaret Bakanlığı, Kültür ve Turizm Bakanlığı, Bayındırlık ve Ġskan
Bakanlığı, Ġller Bankası, Yerel Yönetimler (Valilik ve Belediyeler) gibi kuruluĢlar sayılabilir.
ÇavuĢçu gölü sulama kanalı üzerinde Ekim 2008-Mayıs 2009 ayları arasında yapılan çalıĢma da
Ekim ve Mart ayları arasında Orhaniye köprüsü ve Zaferiye köprüsü arasına fabrika atığı
karıĢtığı görülmektedir. Bu aylarda Zaferiye köprünsün debisi artar ve çavuĢçu gölünden gelen
sulama suyu değerlerinde organik kirliliğin maksimum derecede artıĢ görülmektedir. Fabrikanın
kampanya döneminde Zaferiye köprüsünde değerlerin artması fabrikanın arıtma tesisinin iyi bir
Ģekilde çalıĢmadığı düĢünülmektedir. Sulama kanalına olan kontrolsüz akıĢların engellenmesi ve
düzen altına alınması gerekir.
Ayrıca gölü besleyen ana kanallarda ve çavuĢçu gölü sulama kanalı etrafında yer alan hayvan
barınaklarına, bunların su kenarında rastgele gübre depolamalarına izin verilmemesi gerekir.
Sulama kanalına ve gölü besleyen ana kanallara kanalizasyon atıklarının boĢaltılması
engellenmelidir.
KAYNAKLAR
1. Anonim, 2001, GeçmiĢten Günümüze Bütün Yönleriyle Ilgın, Boran, A., Tüfekçioğlu, A.,
Ögke., Ardıçlı Matbaacılık, Ankara, 1-176
2. Anonim, 1978, Konya Kapalı Havza Toprakları, 288, Topraksu Genel Müdürlüğü, Konya
KocataĢ, A., 1994, Ekoloji ve Çevre Biyolojisi, Ege Üniversitesi Fen Fakültesi Biyoloji Bölümü
Ders Kitapları Serisi, 142, E.Ü. Basımevi, Bornova-Ġzmir, 485
3. Yalçın, H., Gürü, M., 2002, Su Teknolojisi, 204, Palme Yayıncılık, Ankara, 174-178, 288
Dönmez K., Yüksek Lisans Tezi, S. Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü, 2010.
861
ÖZEL OTURUMLAR
MANĠSA AKSELENDĠ OVASINDA POTANSĠYEL RÜZGÂR EROZYONU
TEHLĠKESĠNĠN DAĞILIMI ĠLE KUMULLARIN OLUġUM
NEDENLERĠ, HARAKETLERĠ VE ETKĠLERĠ
Alaettin TAYSUN
Ege Üniversitesi Ziraat Fakültesi Toprak Bölümü, ĠZMĠR (Emekli)
[email protected]
Nejat ÖZDEN
Uluslararası Tarımsal AraĢtırma ve Eğitim Merkezi, Menemen, ĠZMĠR
[email protected]
Kezban ġAHĠN TAYSUN
Uluslararası Tarımsal AraĢtırma ve Eğitim Merkezi, Menemen, ĠZMĠR
[email protected]
Mustafa OKUR
Konya Toprak Su ve ÇölleĢme Ġle Mücadele AraĢtırma Ġstasyonu
[email protected]
ÖZET
Akselendi Ovası, Manisa ili sınırları içinde yer almaktadır. Rüzgar erozyonu ve bunun
sonucunda ortaya çıkan kumul hareketleri, Akhisar‘ın Beyoba, Sazoba ve Akselendi köyleri,
Gölmarmara‘nın Tiyenli, Değnekler ve Kayaaltı köyleri ile Saruhanlı‘nın Kumkuyucak köyü
cıvarında en fazla etkilidir. Kumul hareketleri Kum Çayı yatağının güney kısımlarını istila
etmektedir. Bu arazilerde yıllık yağıĢ 600 mm civarında olmasına rağmen, rüzgar erozyonu çok
fazla etkili olmaktadır. OluĢan kumul hareketleri ile örtülen arazilerin yanında, rüzgarla taĢınan
süspansiyon halindeki sedimentlerin verimli tarım arazilerinin yüzeyinde birikmesiyle toprak
özellikleri değiĢmiĢ, toprak bünyesi kabalaĢarak, araziler büyük ölçüde rüzgarla aĢınıma karĢı
çok hassa bir duruma gelmiĢtir. Bazı alanlarda, rüzgar aĢınımına karĢı dirençli olan 0.84 mm‘den
büyük çaplı kuru agregatların miktarı azalmıĢ, bunun sonucunda toprakların rüzgarla
aĢınabilirliği[rüzgar erozyonu denkleminin ―I‖ faktörü [E=f(I.K.C.V.L)] oldukça fazla artmıĢtır.
Rotary eleği yardımıyla bu alanına ait 0.84 mm' den büyük çaplı kuru agregatlar belirlenmiĢtir.
Rüzgar erozyonuyla potansiyel toprak kayıpları ve WEG haritaları çıkarılmıĢtır. BeĢ adet
kablosuz iletiĢimli meteoroloji istasyonu(DAVIS) kurularak, kumul aktivitesinin durumu ve
yayılmasındaki farklılıklar belirlenmiĢtir. Kumul yayılma alanlarında, bugüne kadar
Ağaçlandırma ve Erozyon Kontrolu Genel Müdürlüğü tarafından yapılan ağaçlandırma ve
bitkilendirme çalıĢmaları çok etkili olmuĢtur. Buna karĢılık tarım yapılan arazilerde durum çok
ciddidir. Ağaçlandırılan alan dıĢında yer alan Kum Çayı yatağı ve civarındaki arazilerde kum
alımı, aĢırı otlatma ve diğer bazı hatalı uygulamalar, çalıĢma yapılan ve yapılmayan alanları
ciddi Ģekilde tehdit etmektedir. Sunulan bu tebliğde ayrıca kumul alanından 6 km kadar uzakta
ve tepelik arazide oluĢan küçük fakat çok ilginç bir kumul oluĢumu hakkında bilgi verilecektir.
865
Anahtar Kelimeler: Rüzgar erozyonu, rüzgar erozyonu denklemi, kumul, WEQ, WEG, RWEQ,
kuru agregatlar, UA, CBS, I faktörü,
DISTRIBUTION OF POTENTIAL WIND EROSION HAZARD AND FORMATION
ACTIVITY AND EFFECT OF SAND DUNES IN MANĠSA AKSELENDĠ PLAIN
ABSTRACT
Akselendi plain is located within the borders of Manisa province in the Aegean Region. It lies on
the terrain where the borders of the districts of Akhisar, Saruhanlı and Gölmarmara of Manisa
intersect. Wind erosion and consequent sand dune movement affect mostly around the villages of
Beyoba, Sazoba and Akselendi of Akhisar; the villages of Tiyenli, Değnekler and Kayaaltı of
Gölmarmara and the village of Kumkuyucak of Saruhanlı. Sand dune movement covers the
southern parts of the bed of Kum Çayı. Although the annual rainfall in this area is about 600
mm, wind erosion is very effective. In addition to the land covered with sand dune movement,
the characteristic of soil has changed, its texture has become coarse and it has widely become
very sensitive to wind erosion due to the accumulation of suspended sediment carried by wind on
the surface of productive agricultural land. In some areas, the percent of dry aggregates larger
than 0,84 mm has declined and, as a result of it, potential soil loss by wind erosion [Factor I of
the wind erosion equation (E=I.K.C.V.L)] has increased a lot. In the research area, in addition to
the maps of the percentage of dry aggregates larger than 0,84 mm, which we detected with the
help of Rotary sieving, maps of WEG and of potential soil loss by wind erosion have been
prepared. Five meteorological stations with wireless communication (DAVIS) have been
constructed, and it has been tried to determine the state of sand dune activity and the differences
within itself. Afforestation works by Environment and Forest Ministry have been very effective
on the areas where sand dunes are expanding. On the other hand, the situation is critical on
agricultural land. It poses great danger that control practices against wind erosion are not taken
on the bed of Kum Çayı and on sand dunes which are under the agricultural practices. The
problems which occur as a result of sand removal, overgrazing and other wrong practices on and
around the bed of Kum Çayı outside the afforested area seriously threaten the work so far. The
paper will also provide information about a small but very interesting sand dune formation on
hilly terrain about 6 km away from the sand dune covered area.
Keywords: Wind erosion, Wind Erosion Equation, sand dune, WEQ, WEG, RWEQ, dry
aggregates, UA, CBS, Factor I
1.GĠRĠġ
Ege bölgesinde erozyonun etkisi çok fazladır. Özellikle su erozyonu bölgenin her tarafında çok
etkilidir. Bölgede doğal vejetasyonun tahribi aĢırı otlatma, mera tahribi, sulak alanların ortadan
kaldırılması, hatalı tarımsal uygulamalar çölleĢme sürecinin hızlanmasına neden olmuĢtur.
Ayrıca bazı arazilerin özellikle toprak özelliklerinin rüzgâr aĢınımına karĢı hassas bir durumda
olması, bu arazilerde rüzgar erozyonunu arttırmaktadır. Bu duruma en güzel örneklerden biri
Manisa ili Akhisar Gölmarmara ve Saruhanlı ilçeleri arazilerinde yer alan kumul hareketleridir.
Kumul hareketlerinin en yaygın olduğu alanlar, Akhisar‘ın Beyoba, Sazoba ve Akselendi
köyleri, Saruhanlı‘nın Kumkuyucak köyü ile Gölmarmara‘ya bağlı Tiyenli, Deynekler ve
Kayaaltı köyleri civarındaki arazilerdir(Resim 2, 3, 4, 5).
Skidmore (1988), rüzgâr erozyonunun dünyanın pek çok yerinde ciddi bir sorun olduğunu
vurgulayarak, geçmiĢ jeolojik zamanlardan kalan yoğun aeolian depozitlerin, bunun sadece
866
günümüze ait bir olay olmadığının kanıtı olduğunu dile getirmektedir. Jaenicke (1979),
Sahara‘nın yılda 260 milyon ton mineral tozun kaynağını oluĢturduğunu bildirmektedir. Chepil
(1953) arazi ve laboratuar tipi rüzgar tünelleri ile yaptığı araĢtırmalarda ulaĢtığı sonuçlara göre,
topraklarda 0,84 mm‘den büyük kuru agregat yüzdesi azaldıkça, 0,42 mm‘den küçük kuru
agregatlar yüzdesi arttıkça rüzgarla toprak kayıpları da artmaktadır. Ayrıca toprak bünyesinde
%20‘den fazla kum bulunan topraklarda kum miktarının artmasıyla toprakların aĢınıma karĢı
dayanıklılıkları azalmaktadır. Woodruff ve Siddoway (1965) tarafından Rüzgâr Erozyonu
Denklemi (WEQ) bilim alanına sunulmuĢtur. Denklem E= f (I.K.C.L.V) Ģeklinde yazılmaktadır.
Denklemin beĢ esas ve on bir tane de alt faktörü bulunmaktadır. Denklem yardımıyla toprak
kayıpları tahmin edilebilmekte ve hesaplanan aĢınımın, toprak kaybı toleransı değerlerinden
aĢağıya düĢürülmesine yardım edecek en uygun önlem Ģekli tavsiye edilebilmektedir. Bazı
araĢtırıcılar yaptıkları çalıĢmalarda toprak bünyesi ve 0,84 mm‘den büyük çaplı kuru agregatlar
yardımıyla 8 adet rüzgârla aĢınabilirlik grubu (WEG: Wind Erodibility Groups) oluĢturmuĢlardır.
Tebliğ konusu olan çalıĢmada bu sınıflandırmadan yararlanılmıĢtır[Gillette vd., 1972; Lyles,
1975; Gillette, 1977; Taysun vd., 1998].
HoĢgören(1983) ve Öner ve Mutluer (1993), Akselendi Ovasında Kumullar üzerinde yaptıkları
çalıĢmada özellikle Kum Tepe‘nin güneyinde en fazla etkili olan, Kanlıoğlu ve Palamut Tepe
istikametinde ise etkisi daha azalan kumul hareketlerini incelemiĢlerdir. AraĢtırıcılar kumul
hareketinin eski ve yeni olmak üzere iki jenerasyondan oluĢtuğunu açıklamıĢlardır. AraĢtırıcılar
yeni kumullarda silt ve kil oranının eski jenerasyona göre daha az olduğunu belirlemiĢler. Bu
durumun yeni kumullarda pedojenezin geliĢmemesi nedeniyle ortaya çıktığını açıklamıĢlardır.
Bu çalıĢmada Kum Tepe- Palamut Tepe istikametinden güneyindeki Kum Çayı yatağı
kenarındaki kumul hareketleri yer almıĢ, ancak aynı ovada yer alan Kumkuyucak, Tiyenli,
Deynekler ve Kayadibi köyleri istikametinde geliĢmiĢ olan ve bugün üzerinde yerleĢim alanları
ve yoğun tarım yapılan kumullarla kaplı alana yer verilmemiĢtir. Taysun vd. (1998) Ege
Bölgesindeki Akselendi Ovasındaki Rüzgar erozyonu aktivitesi ile Karapınar‘daki aktiviteyi
karĢılaĢtırmıĢ, toprak özellikleri bakımından kumul etkisi altındaki arazilerde durumun
Karapınar‘dakinden daha tehlikeli olduğunu ortaya koymuĢlardır.
Koçman (2005) ÇeĢme yöresinde yaptığı çalıĢmada, güncel kumul oluĢumunun etken ve
süreçleri ortaya koymuĢ ve insan- çevre iliĢkileri bağlamında kumul oluĢum süreci üzerindeki
etkileri vurgulamıĢtır. Ayrıca yörede daha önce çalıĢan bazı araĢtırıcılar da plajın hemen
gerisindeki yaklaĢık 2 m‘ye kadar çıkan vejetasyonla sabitleĢmiĢ olan ikinci jenerasyon
kumulların yer aldığını belirtmiĢlerdir[Erinç, 1955; Ardel, 1961]. Üçüncü kumul jenerasyonunun
5-6 m. kadar yükseklik gösterdiğini belirtilen araĢtırıcı, bunların kısmen aĢınmıĢ oldukları için
neojen tepelerine benzediğini ve sertleĢmiĢ oldukları için üzerinde konutlar yapıldığını
açıklamıĢtır.Erinç (1955)‘e göre bu kumullar kuvvetli bir kalsifikasyon sonucu sertleĢmiĢ ve
fosilleĢmiĢ kumul tepeleridir. Buna bu yöredeki iklimin ve rüzgâr yönlerinin fazla değiĢikliğe
uğramaması neden olmuĢtur.
Taysun vd. (2000) Manisa Akselendi Ovası, Konya Karapınar ve Urfa Harran Ovası
Topraklarında yaptıkları bir çalıĢmada, özellikle toprak bünyesi ve agregatlaĢma bakımından
Harran Ovası topraklarının mevcut durumunun korunması gerektiğini belirtmiĢlerdir. Sulama ile
birlikte oluĢması muhtemel çoraklaĢmanın etkisi ile toprak yapısının bozulması sonucunda,
genelde ağır bünyeli olan Harran Ovası topraklarının rüzgar aĢınımına hassas bir duruma
gelerek, gelecekte Aral Gölü civarındaki durumun benzerinin yaĢanabileceğini açıklamıĢlardır.
Demiryürek vd. (2007), Konya Karapınar‘da yaptıkları çalıĢmalarda 0-2,5 cm‘deki mekanik
stabilite değerinin mera alanlarında %23,33, ormanlık alanda %35,71, iĢlenen alanda %43,24 ve
kumul etkisindeki çölleĢmiĢ alanda %16,67 olarak saptamıĢlardır. Aynı araĢtırıcılar 0,84 mm‘den
küçük kuru agregat yüzdelerini mera alanında %86,3, orman alanında %80,0, iĢlenen alanda
%56,7 ve kumul etkisindeki çölleĢmiĢ alanda %98.0 olarak belirlemiĢlerdir.
867
Okur vd. (2010), Konya Karapınar‘da kuru agregatların mevsimsel olarak farklı olduğunu, en
yüksek değerlere Temmuz ayında ulaĢıldığını belirtmiĢlerdir. Aynı araĢtırıcılar kuru agregat
miktarlarından hesapladıkları, rüzgar erodibilite gruplarının dağılımlarını haritalarla
açıklamıĢlardır. Bu çalıĢmada korunan alan içinde incelenen alanın doğu ve güneyi rüzgar
aĢınımına karĢı en duyarlı alanı oluĢturmaktadır. Sediment hareketlerinin yıllara göre alansal
dağılımlarında da önemli farklılıklar ortaya çıkmıĢtır. Taysun vd. (2010), rüzgar erozyonu etkisi
altındaki arazilerde, Ģeritvari tarımın aĢınımı azaltmada önemli bir uygulama olabileceğini
belirtmiĢlerdir.
Manisa Ġli‘nde yer alan Akselendi Ovası araĢtırma yeri olarak seçilmiĢtir. Akselendi Ovası Ege
Bölgesi‘nde rüzgar aĢınımı ve birikimi bakımından Dünya çapında çok ilginç bir örnek
oluĢturmaktadır. Ortalama yıllık yağıĢın 600 mm civarında olduğu arazilerde ortaya çıkan kumul
aktiviteleri(ġekil 4/b, Resim 2/a-b, 3/a-b, 4/a-b, 6/a), çölleĢme konusunda çok etkileyici ve bu
tehlikeye dikkat çekici bir örnek olarak bilim alanında yerini almıĢtır. Arazilerin özellikle hatalı
arazi kullanım baĢta olmak üzere(Resim 5/a), diğer bazı faktörlerin de etkisiyle, tam çöl
görüntüsüne dönüĢebileceğinin canlı göstergesidir. Bugüne kadar yürütülen çalıĢmalarımızda ve
diğer bazı araĢtırıcılar tarafından yapılan çalıĢmalarda, iklim verileri olarak Akhisar meteoroloji
istasyonuna ait değerler alınmıĢtır. Bu verilerle bizimde yürüttüğümüz çalıĢmalarda kumul
hareketleri tam olarak açıklanamamıĢtır. Bu nedenle daha iyi bir yorum yapabilmek için, bu
projede kumulların kapladığı alanlar ve civarına 5 adet DAVIS kablosuz iletiĢimli meteoroloji
istasyonu yerleĢtirilmiĢtir. 01.12.2008-31.11.2009 tarihleri arasında 12 ay süreli olarak yapılan
ölçümler takip edilmiĢtir. Ġstasyonlarda her on beĢ günde bir veri toplanması iĢlemi uygulanmıĢ,
ayrıca her hafta kontrol edilerek özellikle baĢta örümceklere ve diğer bazı böceklere karĢı
korunmuĢtur(Resim 1/a-b).
(a)
(b)
Resim 1. Kablosuz iletiĢimli meteoroloji istasyonlarına bakım yapılması ve veri
toplanması(2009).
SürülmüĢ ve tarım yapılan alanlarda 0-2,5, 2,5-5 ve 5 cm‘den sonra, pulluk derinliğine kadar
olan kısımdan, ayrıca pulluk derinliğinin altındaki derinlikten örnek alımları gerçekleĢtirilmiĢtir.
Kumul yüzeylerinden ve diğer rüzgarla taĢınan sedimentlerin örttüğü arazilerden yine 0-2,5 ve
2,5-5 cm‘den baĢlayarak tarım alanı ise yukarıdaki Ģekilde, tarım alanı değil ise, aĢağıda
katmanlaĢma varsa ona dikkat edilerek, katmanlaĢma yoksa sabit derinliklerle örneklerin alımı
gerçekleĢtirilmiĢtir. AraĢtırma alanının yaklaĢık 204 farklı noktasından örnek alımı yapılmıĢtır.
Farklı katmanlar dikkate alındığında, toplam olarak alınan örnek sayısı 834 adettir. Örneklerde
toprak bünyesi(tekstür), kuru agregatlar, kireç ve organik madde tayinleri yapılmıĢtır
[Bouyoucos,1962; Schlihting ve Blume 1966; Black, 1965].
868
Rüzgârla aĢınabilirlik Grupları (WEG: Wind Erodibility Groups); Lyles (1975) göre toprak
bünyesi temel alınarak hazırlanan WEG üçgeninden belirlenmiĢtir. Rotary eleğiyle kuru elemede
elde edilen 0,84 mm‘den büyük kuru agregatlar yüzdesinden Woodruff ve Siddoway ‘in (1965)
verdiği tablodan, potansiyel toprak kaybı indeksi (toprak aĢınabilirlik indeksi, toprak erodibilitesi
indeksi, soil erodibility index) değerleri (WEQ: Rüzgâr erozyonu Denklemi‘nin ―I‖ faktörü)
ton/dekar olarak hesaplanmıĢtır. Jeoistatistik programı kullanılarak WEG sınıfları ve
koordinatları bilinen noktaların yardımıyla, araĢtırma alanına ait WEG dağılım haritası
oluĢturulmuĢtur. Kuru agregatlar ve bu değerlerin bulunduğu koordinatlandırılmıĢ noktalar
kullanılarak jeoistatistik programı yardımıyla araĢtırma alanının >0.84 mm kuru agregatlar ve
potansiyel rüzgar erozyonuyla toprak kaybı haritası çıkarılmıĢtır(ġekil 1, 2).
3.1. Toprak Özellikleri ve Rüzgârla AĢınabilme Sınıflarının Belirlenmesi (WEG)
Yüzeydeki toprak bünyesi özelliği esas alınarak belirlenen, Rüzgârla AĢınabilme Grupları
(Wind Erodibility Groups), kireç miktarı da dikkate alınarak (4L sınıfının belirlenmesinde) tayin
edilmiĢtir. AraĢtırmada alınan tüm toprak örneklerinde yapılan bünye analizlerinde özetle Ģu
sonuçlar alınmıĢtır. Toplam 443 örnekte kumlu bünye, 135 adet örnekte tınlı kumlu bünye
belirlenmiĢtir. Yine toplam olarak 139 örnekte kumlu tınlı, 67 örnekte kumlu killi tınlı, 14
örnekte killi tınlı ve 12 örnekte tınlı bünye analizlenmiĢtir. Ayrıca 5 örnekte kumlu killi ve 19
örnekte de killi bünye bulunmuĢtur. Rüzgarla aĢınabilme gurupları(WEG) içinde 8 grup yer
almaktadır. 1. grup rüzgâr aĢınımı bakımından en tehlikeli olan yani rüzgardan en fazla etkilenen
alanları kapsar. 2. Grup ise tehlike bakımından 1. gruptan sonra yer alır. 3, 4, 4L grupları ise
rüzgâr aĢınımına karĢı bünye özellikleri ve kireç miktarında farklılık olmasına rağmen benzer
direnç gösteren gruplardır. Proje alanından 194 farklı noktadan alınan toprak örneklerinin bu
örnek yerlerinin yüzey katmanındaki bünye değerleri yardımıyla rüzgârla aĢınabilme grupları
bulunmuĢtur. 194 noktadan 100 örnek yerinin 1. gruba(%51,5), 30 örnek yerinin 2.
gruba(%15,5), 39 örnek yerinin 3. gruba(%20,1), 5 örnek yerinin 4. gruba(%2,6), 5 örnek yerinin
4L grubuna(%2,6) ve son olarak 15 örnek yerinin de 5. gruba(%7,7) girdiği saptanmıĢtır(ġekil
1). UlaĢılan bu sonuçlar, araĢtırma alanı topraklarının rüzgar aĢınımına karĢı ne kadar büyük bir
hassasiyet gösterdiğini gayet açık bir Ģekilde ortaya koymaktadır. Potansiyel toprak kaybı
değerlerinin ulaĢabileceği en yüksek rakamlar olan toprak erodibilitesi (―I faktörü‖) değerlerinin
en fazla olduğu (30,1-69,6 ton/dekar) yüzey toprakları, alınan örnek sayısının %50‘sini
aĢmaktadır. Bu durum araziler hatalı kullanıldığında veya kullanılmaya devam ettiğinde, diğer
bir deyiĢle rüzgar etkisine açık bırakıldığında, bugüne kadar yaĢananların tekrar artarak ortaya
çıkacağını ve kumul aktiviteleriyle arazilerin kumlarla örtülmelerinin devam edeceğini
göstermektedir(ġekil 2).
AraĢtırma alanından alınan örneklerin toplam tüm katmanları dikkate alınırsa örnek sayısı
yaklaĢık 865 olmaktadır. Farklı derinliklerdeki örnekler dahil edildiğinde yukarıdaki
hesaplamayı tekrar tüm örnekler için yapacak olursak Ģu sonuçlar ortaya çıkmaktadır. Toplam
865 adet örneğin 478 adedi 1. gruba (%55,3) 129 adedi 2. gruba (%14,9), 156 adedi 3. gruba
(%18,0), 25 adedi 4. gruba (%2,9), 19 adedi 4L grubuna (%2,2), 58 adedi 5. gruba (%6,7)
girmektedir. Bu durum genel olarak değerlendirildiğinde, yüzey katmanları için söylenenlerin,
yaklaĢık olarak derinlikle değerlendirme içinde geçerli olduğunu göstermektedir. Haritalar
incelendiğinde, rüzgar aĢınımı bakımından en tehlikeli yerlerin Kumçayı yatağı, Eğri Göl‘ün
doğusu, Kum Tepe cıvarı, Kumkuyucak ve Tiyenli Köylerinin civarı ve güneyinde yer aldığı
görülür(ġekil 1, 2, 4/b, 5).
869
3.2.Potansiyel Toprak Kaybı Değerleri
AraĢtırma alanına ait toprakların genel olarak üst iki katmanındaki örneklerde rotary eleği ile
kuru agregatlar belirlenmiĢtir. Elde edilen değerlerden 0,84 mm‘den büyük çaplı fraksiyonlar
toplamının arazideki dağılımını veren harita ġekil 2/a‘da, ve bunlara karĢılık olarak elde edilen I
(ton/dekar-yıl) değerleri yardımıyla çizilen potansiyel toprak kaybı haritası ġekil 2/b‘de
verilmiĢtir. Bulunan I değerlerinin 40 adedinde toprak kayıpları önemsiz veya yok denecek kadar
az bulunmuĢtur. 20 örnekte toprak kayıpları orta derecede önemli olarak belirlenmiĢtir. Toplam
olarak 332 örnekte toprak kayıplarının önemli olduğu saptanmıĢtır. Bu durumda kuru agregat
analizi yapılan örneklerin % 10,2‘si rüzgâr erozyonuna dayanıklı, % 5,1‘i rüzgar erozyonuna
karĢı orta derecede duyarlı iken, %85,7‘si ise rüzgar erozyonuna son derece duyarlı olup,
hesaplanan toprak kayıpları yıllık toprak kaybı toleransı değerinin (1250 kg/dekar veya 1,25
ton/dekar) çok üzerindedir. Bu durum Akselendi Ovası‘nda potansiyel rüzgâr erozyonu
tehlikesinin ne kadar fazla olduğunu ortaya koymaktadır(ġekil 2).
3.3.Arazide Ölçülen Rüzgar Verilerinin Değerlendirilmesi
AraĢtırma alanı ile Akhisar arasındaki değerler incelendiğinde oldukça önemli farklılıklar
bulunduğu görülmektedir. Ġstasyonlara göre yıllık esme sayıları ve yönü (ġekil 3) incelendiğinde,
5 nolu istasyonda N ve NNW yönlü rüzgarların esme sayısı en fazla iken, 1 nolu istasyonda (bu
istasyon 5 nolu istasyonun ve Kum Çayı‘nın güneyinde yer almaktadır) 5 nolu istasyona göre N
yönlüler yaklaĢık aynı iken NNW yönlü rüzgarların esme sayısı önemli ölçüde azalmaktadır. 2
nolu istasyonda NNW yönlü esme en fazladır. Ancak bu değer 5 nolu istasyondan azdır. Bu
istasyonda N yönlü rüzgarların sayısı, 5 ve 1 nolu istasyondan çok daha azalmıĢtır. 1 nolu ve 5
nolu istasyonun aksine 2 nolu istasyonda W, WSW ve SW yönlü ile ESE ve SE yönlülerde esme
sayısında artıĢ görülmektedir. 3 nolu istasyonda NNW ve NW yönlü rüzgarların 5 nolu istasyona
göre azalmasının yanında, ESE ve SE yönlü rüzgarların esme sayıları artmaktadır(ġekil 3, 4/a).
Yukarıda sıraladığımız açıklamaların ıĢığı altında Kum Tepe civarındaki kuzey-güney yönlü en
yoğun ve hızlı kumul aktivitesinin doğuya gidildikçe topoğrafyanın benzer olmasına rağmen
azalmasının bir nedeninin de, yıllık esme sayıları ve yönleri arasındaki bu farktan ileri geldiği
söylenebilir.
(a)
(b)
ġekil 1. a)AraĢtırma alanına ait jeoistatistik analizle oluĢturulan WEG sınıfları haritası,
b)AraĢtırma alanına ait jeoistatistik analizle oluĢturulan benzer aĢınabilir grupların (3, 4, 4L)
birleĢtirildiği WEG haritası.
870
(a)
(b)
ġekil 2. a)AraĢtırma alanına ait jeoistatistik analizle oluĢturulan >0,84 mm yüzde kuru agregatlar
haritası, b)AraĢtırma alanına ait jeoistatistik analizle oluĢturulan rüzgâr erozyonuyla potansiyel
toprak kaybı haritası (ton/da-yıl).
ġekil 3. Ġstasyonlara göre yıllık esme sayıları ve yönü.
(a)
(b)
ġekil 4. a) Ġstasyonlara göre aylık ortalama rüzgar hızları, b)AraĢtırma alanına ait 1985 yılı
Landsat uydu görüntüsü.
3.4.Uydu Görüntülerinin Yorumlanması
AraĢtırma alanında farklı zaman aralıklarında çekilmiĢ uydu görüntüleri ile yapılan çalıĢmalarda
1975, 1987, 2000 ve 2008 Landsat uydu görüntüleri kullanılmıĢtır. YaklaĢık 33 yıllık sürede
arazideki değiĢim ortaya çıkarılmak istenmiĢtir(ġekil 4/a, 5/a-b, 6).
871
(a)
(b)
ġekil 5. a)AraĢtırma alanına ait sınıflandırılmıĢ 1985 yılı Landsat uydu görüntüsü, b) AraĢtırma
alanına ait sınıflandırılmıĢ 2008 yılı Landsat uydu görüntüsü.
3.5.Kum Alımı
AraĢtırma alanında yoğun bir kum talanı gerçekleĢmektedir. Kum Çayı yatağı ve civarının en
büyük sorunlarından biri kum alımıyla ilgili olarak yaĢanan sorundur. Benzer durum kumullar
için de söz konusudur. Rüzgarla taĢınarak hareket eden kumullar, içerlerinde taĢ veya çakıl
bulunmaması nedeniyle çok kaliteli inĢaat malzemesidir. Bu kumullar iç kısımda oluĢtuğu için
tuz içeriği bakımından da tehlikesizdirler. Buradaki kumul kumları talep görmekte ve kolay para
kazanmayı sağlamaktadır. Kum Çayı yatağından yasadıĢı kum alımları ile otsu bitkiler tarafından
doğal olarak korunan yüzeyin tahrip edilmesi, rüzgarla kum hareketini hızlandırmaktadır. Tahrip
edilen bu yüzeyler kum hareketini hızlandırırken, yeni kumul oluĢumlarına da neden
olmaktadır(Resim 4/a). Yine bu olay bazı eski kumulların tarım alanlarını örtmesine neden
olmaktadır. Bazı çiftçiler arazilerini kaplayan kumulları kaldırmakta ve arazisini yeniden
kazanmaya çalıĢmaktadır. Burada yaptığımız arazi etütlerinde, genelde kumullarla örtülen
arazilerden açtıkları yerlere, veya kumulların üzerinde yeniden damla sulamalı bağ tesis
ettiklerini, yine damlama sulamalı domates, biber, kavun, karpuz vs. yetiĢtirdiklerini
gözlemlemiĢ durumdayız(Resim4/b, 5/a-b). Ayrıca arazisinde ağır bünyeli toprak(killi toprak)
bulunan bazı çiftçiler ile damlama sulamaya geçen bazı çiftçiler, tarlalarına kum sermektedirler.
Her ne Ģekilde olursa olsun kum talanı devamlı olarak sürmektedir(Resim 2/b).
(a)
(b)
Resim 2. a) Kumulların tarım alanlarını istilası(1981), b) Kum alımı yapılan alanda, kumulun
örttüğü bağ hereklerinin görünüĢü(2006).
872
(a)
(b)
Resim 3. a) Kumul cephesinin ağacı örtmesi(1991), b) Kumul cephesinin pamuk tarlalarını
örtmesi(1991).
(a)
(b)
Resim 4. a) En son kumul aktivitesi(2009), b) Küçük Çöl‘deki kumul üzerinde yeni tesis edilen
zeytin ağaçları(2008).
(a)
(b)
Resim 5. a) Hakim rüzgar yönünde kıĢ aylarında bağ sıraları arasındaki kum hareketi(2009)
b) Kumul üzerinde damlama sulamalı bağ yetiĢtirilmesi(2009).
873
(a)
(b)
Resim 6. a) Kumul ağaçlandırması çalıĢmaları(2006), b) Ağaçlandırılan sit alana tel çitlerin
tahrip edilerek hayvan sokulması(2009).
3.6.Diğer Andropojenik Etkiler
Daha önce insan etkisi ile ilgili bahsettiklerimize ek olarak(sulak alanların kurutulması, hatalı
kullanım vs), araĢtırma alanının 80‘li yıllarda ve 90‘lı yıllardaki sahip olduğu ve maksimuma
ulaĢan tipik çöl görüntüsü, bilimsel çalıĢmaların devamı konusunda bazı zorlukların ortaya
çıkmasına neden olmuĢtur. Alanın hemen hemen her tarafında insan etkisini, insanın yaptığı
talanı görmek mümkündür. Günümüzde Çevre ve Orman Bakanlığı tarafından ağaçlandırılan sit
alanın tel çitleri tahrip edilerek içeriye hayvanlar sokulmakta ve Kum Çayı yatağı aĢırı otlatılma
tehdidi ile karĢı karĢıya bulunmaktadır(Resim 6/b). Eskiden Kum Çayı yatağında çok geniĢ
alanda yüzlek olarak akmakta ve akıĢ yatağı taĢkınlarda yer değiĢtirebilmekteydi. Günümüzde
D.S.Ġ yatağı derinleĢtirilmiĢ ve Kum Tepe‘nin önünden geçirmiĢtir. 1993 yılında burada çevrilen
bir yabacı dizinin setleri ve çekimi, o zaman tel korumalı olmayan ve sit ilan edilmemiĢ olan
alanlardaki kumulların doğallığını büyük ölçüde tahrip etmiĢtir. Ayrıca eski antik Hierokaiseria
(Hierakome) nedeniyle yine Ģimdiki sit alanının bulunduğu yerler, çok eskiden beri define
avcılarının hedefi durumundadır. Özet olarak ovada kumul alanları ve civarında antropogenik
müdahalenin olmadığı yer yok denecek kadar azdır. Yöreye çok sayıda sempozyum inceleme
gezileri, öğrenci gezileri, turistik gezi ve turlar yapılmaktadır. Yine bu alan çevre ile ilgili
konularda, yazılı ve görsel medyada sık sık yer almaktadır.
3.7.Küçük Çöl
Kum Tepe güneyindeki kumulların yayıldığı alanın son kısmından 6 km kadar uzaklıkta,
rüzgarla taĢınan sedimentlerin aĢınımına birikimine Türkiye ve Dünya çapında örnek
gösterilebilecek ilginç bir oluĢumu saptamıĢ bulunmaktayız. Bu oluĢum, çok küçük bir alanı
kapladığı için, bu tebliğde ―Küçük Çöl‖ diye bahsedilmiĢtir. Ovanın güneyinde yer alan ve
aralarında 40 m kadar yükselti farkı bulunan iki eski karstik oluĢumdan aĢağıda olan dolin
kuzeyinden ovaya açılmaktadır. Dolayısıyla ovada hakim olan ve kumul hareketlerine neden
olan rüzgarları yaklaĢık tam karĢıdan almaktadır. Yukarıda oluĢan uvala ise, bir ―V‖ yamaçlı
dere yatağı ile güney-kuzey doğrultusunda drenajı aĢağıdaki doline bağlanmıĢtır. Yukarıdaki
uvalada kumul oluĢumu meydana gelmiĢtir. Ancak damlama sulamanın da devreye girmesi ile
üzerinde yoğun tarım yapılmaya baĢlanan bu alanda, kumulun uydu görüntüleriyle saptadığımız
doğal Ģekli bu gün için kısmen bozulmuĢtur. Ovaya açılan aĢağı doline doğru esen ve sediment
taĢıyan rüzgarların, dolin içinde yukarı açılan dere yatağına doğru akım çizgileri sıkıĢmaya uğrar
ve hızları artar. AĢağıdaki yatak ağzında maksimum hıza ve taĢıma gücüne ulaĢan rüzgarlar, bu
yatağın vadisi içinde yukarıdaki uvalaya yönelir ve bu arada Bernouli borusundaki dar kısımda
olduğu gibi çok yüksek hızla devam eder. 100-150 m mesafe ve 40 m kadar yükseldikten sonra
874
üstteki uvalanın tabanına ulaĢırlar. Üstteki uvalanın tabanına ulaĢan rüzgar akımları geniĢleyen
vadide birdenbire yayılır ve Bernouli borusundaki geniĢ kısımda olduğu gibi rüzgar hızı azalır.
Hızı düĢen rüzgar taĢıdığı sedimentleri üstteki uvalanın tabanına biriktirmektedir. Bu küçük genç
kumul, aralarında seviye farkı olan iki düz arazi arasında, aĢağıdaki yerine yüksektekinde
oluĢmuĢtur. Görüntü, kumulların olduğu bölgeden sıçrayarak 5-6 km güneyde ve bu alandan 60
m kadar yükseklikteki uvalaya iniĢ yapmıĢ gibi izlenim veren küçük bir kumul oluĢumu
Ģeklindedir(ġekil 6a-b; Resim 4/b). Son zamanlarda bu alan zeytin ve bağ plantasyonları ile
kaplanmıĢtır.
(a)
(b)
ġekil 6. a) 1975 Landsat uydu görüntüsünde Küçük Çölün yeri, b) Landsat 2008 uydu
görüntüsünde küçük Çölün görünüĢü.
AraĢtırmadan elde edilen sonuçlara göre Ģunları söyleyebiliriz. Ġlk olarak yaptığımız arazi
etütleri sonuçlarına göre, Akselendi Ovası‘nda tarım malanları lehine bir sulak alan tahribatı
yaĢanmıĢtır. Eskiden çok geniĢ olan sulak alanlar (Ilıcaksu Bataklığı, Sarıçalı Bataklığı, Dana
Kovalığı, Selendi Kovalığı, Sazoba Civarı, Rahmiye Gölü, Eğri Göl), hemen hemen tamamen
kurutulmuĢtur.
Bugüne kadar yapılan morfolojik çalıĢmalarda yer verilmeyen Kumkuyucak, Tiyenli, Değnekler
ve Kayaaltı köyleri civarındaki kumullar da çalıĢılarak, bu alanlara ait veriler projede
sunulmuĢtur. Bu alanlar yaptığımız haritalarda da görüldüğü gibi, Kum Tepe ve civarı kadar
rüzgar aĢınımı bakımından tehlikelidirler.
Arazi etüdleri, rüzgâr verileri değerlendirilmesi, örneklerin analiz sonuçları, eski ve yeni hava
fotoğrafları ve uydu görüntüleri incelenmesi sonuçlarına göre, Kumkuyucak ve Tiyenli
civarındaki kumulların, Kum Tepe civarındakilere göre çok eski taĢınmanın ürünü olduğu ortaya
çıkmaktadır. Kumçayı‘nın Gördes Çayını kapması olayından önce, oldukça alçak olan ovanın,
kapma olayından sonra sediment kapasitesi çok yüksek olan Gördes Çayı‘nın getirdiği
sedimentlerle hızla dolmaya baĢlamıĢtır. Kaba bünyeli olan sedimentlerin yatak baĢlangıcında
geniĢ alanlara yayılması, bunların çabuk kuruması sonucunda, buradan güneye rüzgarlarla
hareketi gerçekleĢmiĢtir görüĢündeyiz. Bugün için arazide mevcut bazı artık kumul örtüler ve
kumluk alanlar bu durumu destekliyor düĢüncesindeyiz. Bu alanlar son iki jenerasyon kumul
aktivitesinde, Kum Tepe civarındaki Kum çayı yatağı gibi sediment kaynağı görevini de
yapmaktadırlar. Kum Tepe‘dekilerin Kum Çayı ve kuzeyinden aldığı gibi, Değnekler ve
Kayaaltı yönündeki taĢınmalarda büyük ölçüde kaynağını Kumkuyucak ve Tiyenli civarına
ulaĢan genç kumulların yanında, çok daha eskiden buraya yerleĢmiĢ, üstüne yerleĢim alanları
kurulan kumullardan sağladığı görüĢündeyiz.
Elde edilen sonuçlara göre jeoistatistik yardımıyla araĢtırma alanının WEG haritası çıkarılmıĢtır.
Bu pratikte çok büyük fayda sağlayacaktır. Arazilerin rüzgarla aĢınınabilirlik durumunu
875
belirlemek imkan dâhiline girecektir. Türkiye‘de böyle bir haritalama ilk defa yapılmaktadır.
Haritayı incelediğimizde, daha önceki çalıĢmalarda söz edilmeyen Kumkyucak, Tiyenli ve
Değnekler kumullarının kapladığı alanların, Kum Tepe civarı ile aynı oranda tehlikeli olduğu
ispatlanmıĢtır. Daha önceki çalıĢmalarda sadece Kum Tepe civarındaki kumla örtülü alanlar ele
alınırken, bu projede bu alana ilave olarak, Kumkuyucak, Tiyenli, Değnekler ve Kayaaltı
civarındaki kumullar ve kumla kaplı alanlar ile, Beyoba, Sazoba, Akselendi, HacıbaĢtanlar,
Tiyenli, Kumkuyucak, Değnekler, Kayaaltı köylerinin tarım alanları da dahil edilmiĢtir.
Potansiyel rüzgar erozyonu ile toprak kaybı haritasının oluĢturulması, bu konuda Türkiye‘de
yapılan ilk çalıĢmadır. Toprak kaybı toleransı değerleri dikkate alındığında, toprak özellikleri
bakımından araĢtırma alanı topraklarının rüzgar erozyonuna çok duyarlı olduğunu ve bu alan için
tehlikenin Karapınar‘dan da büyük olduğunu söyleyebiliriz.
Bu konuda önerilerimiz Ģöyle sıralanabilir.
1. Kum Çayı‘nın kuzeyindeki arazilerde, bu çalıĢmada elde edilen veriler temel alınarak rüzgar
erozyonu kontrol önlemleri alınmalıdır. Alınacak bu önlemler yardımıyla güneye ve Kum Çayı
yatağına sediment yüklü rüzgarların esmesi önlenmelidir.
2. Kum Çayı yatağının yüzeyi kesinlikle tam korunmalıdır. Bu yüzeyde kum alımı, otlatma, ve
rüzgar erozyonuna karĢı korumasız tarım yapılmamalıdır(Resim 5/a).
3. Kum Çay‘ın geniĢ yatağı boyunca ovaya giriĢ yerinden çıkıĢına kadar, kuzey rüzgârlarına
karĢı önlem alınmalıdır. Bu projede belirlenen ve rüzgarların en Ģiddetli estiği 5 nolu istasyonun
güneyindeki Kum Çayı yatağı dahil olmak üzere, acilen tüm yatak boyunca Rüzgar Kıran
Teknololojisi (Wind Break Technology) uygulanarak, kuzeyden gelen sert esen rüzgarların ve
taĢıdıkları sedimentlerin yatak boyunca tutulması, ayrıca yatağın üzerinden güneye geçen
rüzgarların deflasyonu engellenerek, güneydeki kumul oluĢumu ve sediment birikiminin
gerçekleĢmesi acilen önlenmelidir. Proje içinde açıkladığımız Ağaçladırma ve Erozyon Kontrol
Genel Müdürlüğünce ağaçlandırılan alanı da örterek ilerleyen kumullar, kuzeyden güneye
sediment hareketinin devam ettiğinin göstergesidir. Bu durum acilen hemen önlenmelidir.
4. Bu alanda çiftçilik yapanların rüzgar aĢınımı ile ilgili bilgisi hemen hiç yoktur. Çiftçiler rüzgar
aĢınımına karĢı alınacak tarımsal ve diğer önlemler hakkında acilen bilgilendirilmelidirler. Bu
yörede özellikle devamlı plantasyonlarda ( bağ, zeytin, meyve v.s) sıralar hakim rüzgar yönüne
dik tesis edilmelidir. Aksi halde özellikle bahar aylarında sıra aralarından taĢınmalar artmakta,
rüzgarın taĢıdığı sedimentler geliĢen vejetasyona zarar vermektedir(Resim 5/a). Genel olarak
çiftçiler kuzey güney doğrultuda yaptıkları plantasyonlarda rüzgar üstü tarafta büyük zararlara
uğramaktadırlar.
5. AraĢtırma alanında yer alan bir kısım sulak alan artığı olan ve tarımın dahi yapılamadığı
yerler, uygun önlemler alınarak (yeraltı suları ve karstik kaynaklar bulunmaktadır) yeniden sulak
doğal yaĢama ve turizme kazandırılabilir.
6. Buradaki rüzgârlardan, yukarıda sırladığımız önerilere ek olarak, elektrik enerjisi üretimi için
istifade edilmesi, ulusal ekonomiye büyük katkı sağlayacaktır görüĢündeyiz.
876
KAYNAKLAR
1. Ardel A. 1962. ÇeĢme Yarımadası‘nda Coğrafi MüĢahedeler. Ġ.Üniv. Coğrafya Ens. Dergisi,
12, 68-7.
2. Black, C. A. ,1965. Methods of soil analysis, part, 1-2, American Soc. of Agr. Inc., Publisher
Madison, USA,
3. Bouyocous, G. J., 1962. Hydrometer method ımproved for making particle size analyses of
soils, SoilAgr. Journal, 54, pp: 464-465.
4. Chepil W.S., 1953. Factors That Influence Clod Structure and Erodibility of Soil by Wind. I:
Soil Texture. Soil Sci. 75, 473-483,
5. Demiryürek, M., Okur, M., Taysun, A., 2007. Karapınar Rüzgar Erozyonu Sahasında
Rüzgarla Hareket Eden Sediment Miktarı ile Yüksekliğinin Yıl Ġçerisindeki Dağılımı ve Toprak
Özellikleriyle Kuru Agregatlar Arasındaki ĠliĢki Üzerine Mevsimin Etkisi, TAGEM Proje no.
2007/30, Topraksu Kay. AraĢ. Ens.Md., Konya,
6. Erinç S., 1955. ÇeĢme Ilıcalarının FosilleĢmiĢ Kumulları ve Postglasiyal Safhanın Ġklim ve
Pedojenez ġartları. Türk Coğrafya Dergisi 13/14: 165-166.
7. Gillette, D.A., 1972. Billiford, J.R, forster, c.r., measurements of aerosol size distributions and
vertical fluxes of aerosols on land subject to wind erosion, J. Applied Meteor.,11, pp: 977-987.
8. Gillette D.A., 1977. Fine particle emissions due to wind erosion, Transact ASAE, 20, 890-897.
Erinç S., 1955. ÇeĢme Ilıcalarının FosilleĢmiĢ Kumulları ve Postglasiyal Safhanın Ġklim ve
Pedojenez ġartları. Türk Coğrafya Dergisi 13/14: 165-166.
9. HoĢgören, M.Y., 1983. Akhisar Havzası, Jeomorfolojik ve tatbiki Jeomorfolojik Etüt, Ġstanbul
Üniversitesi Edebiyat Fak. Yayın No.3088.
10. Jaenicke, R., 1979. Monitoring and Critical Review of The Estimated Source Strength of
Mineral Dust from The Sahara. Ed: Christer Morales, Saharan Dust. Mobilization, Transport,
Deposition, John Wiley & Sons, New York, Pp.233-242.
11. Koçman, A., 2005. ÇeĢme‘de (Ġzmir) Kıyı Kumullarındaki Güncel GeliĢmeler, Türkiye
Kuvaterner Sempozyumu, ĠTÜ Avrasya Yer Bil. Enst., 2-5 Haziran.
12. Lyles J., 1975. Possible effects of wind erosion on soil productivity. J. Soil Wat. Cons. 36,
279-282,
13. Okur, M., Taysun A., Özden, N.,ġimĢekli, N., Taysun, K.ġ., Yücer, A., Okur, O., Palta, Ç.,
2010. Karapınar Rüzgar Erozyonu Koruma Alanında WEG Sınıfları, Kuru Agregatlar ve
Potansiyel Toprak Kayıplarının Mevsimsel DeğiĢimi Ġle Yıllara Göre Sediment Hareketlerinin
Alansal Dağılımı. ÇölleĢme Ġle Mücadele Semp., 17-18 Haziran 2010 Çorum, Sayfa 497-507
14. Öner E., Mutluer, M., 1993. Akselendi Ovasında Kumul OluĢumu ve Buna Bağlı Çevre
Sorunları, Ege Coğrafya Dergisi, :7, 133-160,
877
15. Taysun, A., Abalı, Ġ., Uysal, H., 1998.Türkiye‘de Özellikle Gediz Havzasında Rüzgar
Erozyonu Tehlikesi, Önemi ve Alınacak Önlemler, M. ġefik YeĢilsoy Int. Symosium on Arid
Region Soils, 21-24 September, Menemen- Ġzmir,
16. Taysun, A., Uysal, H., Demiryürek, M., Tongarlak, E., Köse, C., Yönter, G., 2000.
Türkiye‘de Rüzgar Erozyonu Problemi ile Bu Konunda Yürütülen Bazı çalıĢmalar ve Alınması
Gereken Önlemler, Karapınar Sempozyumu, 26-27 Ekim, Karapınar, Konya,
17. Taysun A., Uysal, H., Taysun, K.ġ., Köse, C.,Okur, M.,2010. Paralel ve Kontur Sürüm Ġle
Malçlama ve ġeritsel Tarımın Su Erozyonuyla Toprak Kayıpları Üzerine Etkileri. ÇölleĢme Ġle
Mücadele Sempozyumu 17-18 Haziran 2010 Çorum, sayfa 285-296
18. Sclichting E. und Blume, H.P.,1966. Bodenkundlishes praktikum, Verlag, Poul Verey,
Hamburg und Berlin.
19. Skidmore, E.L., 1988. Wind Erosion, Soil Erosion Research Methods. Ed: R.Lal, U.S.A,
Pp:203-227.
20. Woodruff N.P., and Siddoway F.E., 1965. A Wind Erosion Equation, Soil. Sci. Soc. Amer.
Proc. 30, 602-608,
878
8000 YILDAN BU YANA TÜRKĠYE’DE SU UYGARLIĞI
Mehmet BĠLDĠRĠCĠ
[email protected]
ÖZET
Tarihte, Anadolu, Küçük Asya, Asya Minör olarak bilinen Türkiye‘miz pek çok uygarlığa beĢik
olmuĢtur. Bunların izleri bugüne kadar gelmiĢtir. Esasen içinde su olmayan bir uygarlık
düĢünmek de mümkün değildir. Bu yazımda kronolojik bir sıra ile bunlar tanıtılacaktır.
WATER CIVILIZATION IN TURKEY SINCE 8000 YEARS
ABSTRACT
Turkey is known as Anatolia, Asia Minor in history that was the cradle for several civilizations.
The traces and the monuments of them comes to-day. It is impossible to think these civilizations
without water. In this article they will be discovered in chronologic order.
1.GĠRĠġ
Tarihte, Anadolu, Küçük Asya, Asya Minör olarak bilinen Türkiye‘miz pek çok uygarlığa beĢik
olmuĢtur. Bunların izleri bugüne kadar gelmiĢtir. Esasen içinde su olmayan bir uygarlık
düĢünmek de mümkün değildir.
Bu yazımda kronolojik bir sıra ile bunlar tanıtılacaktır. Bu isimde Mehmet Bildirici, Bahar
Suseven ve Thomas Schmitz tarafından 20.Mayıs 2011 tarihinde Muğla Gökova Akyaka‘da
açılmıĢ sergiye yer verilecektir.
2.NEOLĠTĠK DÖNEM
8000 yıl içindeki en önemli geliĢme insanın avcı toplumdan çıkıp, toprağını iĢlemeye baĢladığı
Neolitik dönemdir. Bu insanoğlunun baĢardığı en büyük devrimdir. Neolitik dönemin en parlak
yaĢandığı yerler, Anadolu, Suriye, Filistin ve Ġsrail sayılabilir.
Anadolu‘da bu dönemin en önde gelen kentleri, ġanlıurfa civarında Göbeklitepe, Aksaray
civarında AĢıklıhöyük ve Konya Çumra‘da Çatalhöyük‘tür. Göbeklitepe‘de bir su sarnıcına
rastlanılmıĢ, kazılarda çıkan bulgular dünya tarihini değiĢtirecek niteliktedir.
Özellikle Çatalhöyük‘te ilk defa kerpiç bitiĢik, damdan girilen evlere, insan eliyle sıvanmıĢ
yüzeyler üzerinde yapılmıĢ resimlere ve Ana Tanrıça figürlerine rastlanılmıĢtır. Çatalhöyük 20.
879
yüzyıl baĢlarında gerçekleĢtirilmiĢ Konya Ovası Sulaması projesi üzerideki ÇarĢamba çayının
kolu üzerindedir. Yapılan kazılar sonucu bu derelerden alınan basit kanallarla tarım yapıldığı ve
tahıl üretildiği saptanmıĢtır. Bu tarih yaklaĢık M.Ö. 6000‘lere rastlamaktadır.
3.ASUR TĠCARĠ KOLONĠLERĠ
Neolitik dönemin parlaklığı yaklaĢık 2000 yıl devam etmiĢ ve karanlık bir döneme girilmiĢtir.
YaklaĢık M.Ö 3000-2500 yılları arasında Asurluların ticari kolonilerine rastlanılmaktadır.
Anadolu toprağında ilk görülen yazıtlar, ASUR Çivi yazıtlarıdır. En önemli Asur ticaret kolonisi
Kayseri yakınında KANEġ gösterilebilir. Bir diğer örnek Konya yakınında Karahöyük‘tür. Bu
yerleĢimlerden çıkarılmıĢ su kapları, banyo küvetlerine müzelerde rastlamak mümkündür.
Zaman içinde küçük beylikler ya da devletçikler görülmüĢ, buralarda çok üstün metal objeler
ortaya çıkmıĢtır. Örnek Çorum civarında Alacahöyük.
4.HĠTĠTLER DÖNEMĠ
M.Ö ikinci bin ilk çeyreğinde (M.Ö 1750) orta Anadolu‘ya göç edip gelen Hititler, siyasi birliği
sağlamıĢ ve ilk imparatorluğu kurmuĢlardır. Bu imparatorluğun ilk yıllarına ait su konusunda
anıtsal eserler henüz ortaya çıkarılamadığı kanısındayım.
Ama Büyük Kral Tuthalia IV (M.Ö.1250-1220) döneminde Anadolu‘da çok önemli Hitit su
eserleri ortaya çıkmıĢtır. Bunların bir kısmı baraj gibi önemli yapılar, bir kısmı da dini maksatlı
yapılmıĢ küçük su tesisleridir.
En önemli eser, kitabesine de rastlanan Kayseri PınarbaĢı‘nda Karakuyu Barajıdır. Bunun çok
yakınına DSĠ tarafından baraj yapılana kadar Hitit barajında biriken sulardan civar köylüleri
yararlanmıĢtır.
Ġkincisi Çorum Alacahöyük Gölpınar Göleti‘dir. Son dönemde Prof Aykut Çınaroğlu tarafından
kazı yapılıp içi temizlenmiĢ ve civarına sulama suyu vermeye 3300 yıl sonra yeniden baĢlamıĢtır.
Diğerleri Konya Kadınhanı yakınında Köylütolu seddesi, ya da barajı, Konya Ilgın Yalburt
köyünde Havuz, Konya BeyĢehir Sadıklar Köyünde ―Eflatun Pınar‖ küçük su göletidir.
5.GEÇ HĠTĠT DÖNEMĠ
Bu büyük imparatorluk M.Ö 13. yüzyıl sonunda ortadan kalkmıĢtır. Hitit Beyleri daha güneye
kayarak M.Ö 8. yüzyıllarda varlıklarını göstermiĢlerdir. Bunlara çok güzel bir örnek Konya
Ereğli-Niğde arasında kurulan TYANA Krallığıdır. Aslında ASUR‘a bağlı vasal bir krallıktır.
Bilinen önemli bir Kralı Warpalava olup, Ereğli Ġvriz‘de su baĢındaki kaya oyma anıtı bugüne
gelmiĢtir. Ereğli içinde bugüne kadar devam eden o günden baĢladığı sanılan basit toprak
kanallar bulunmaktadır.
880
6.URARTU DÖNEMĠ
Doğu Anadolu‘da Van ve çevresinde M.Ö. 9. yüzyılda Urartu Krallığı kurulmuĢtur. Dünyada ilk
defa sulamaya, barajlara önem veren hidrolik bir uygarlık kuran baĢka bir devlet yoktur. Kral
Menua (M.Ö 810-786) Gürpınar (Mecingir) pınarlarından kaynayan suyu 50 km uzunluğunda
elle açılmıĢ bir kanalla Van‘a suyu ulaĢtırmıĢtır.
Burada çok ilginç olan kanal, doğal HoĢap deresi üzerinden bir su köprüsü ile su karĢı tarafa
geçirilmiĢtir. BU DÜNYADA ĠLK UYGULAMADIR. Kral Menua‘nın açtırdığı kanal halk
arasında Asur Kraliçesi Semiramis‘e mal edilmiĢ ve ġamran Kanalı olarak isimlendirilmiĢ
bugünde öyle bilinmektedir. Ancak 20. yüzyıl baĢlarında kanal boyundaki Urartu dilindeki pek
çok yazıt okununca bunun Kral Menua tarafından açtırıldığı anlaĢılmıĢtır.
Bundan ayrı olarak pek çok baraj ve kanallar, kehrizler yaptırılmıĢtır. Bunun en önemlisi KeĢiĢ
Gölü, Uzungöl olarak ta bilinen 2500 kutunda halen çalıĢan II. Rusa (M.Ö 685-645) Barajıdır.
Hitit Su Yapıları gibi, Urartu Su Yapıları da sadece Anadolu toprağında görülen dünyanın çok
önemli su kültür miraslarıdır.
7.HELENĠSTĠK – PERS ĠMPARATORLUĞU DÖNEMĠ
Helenizm dönemi M.Ö yaklaĢık 1000 yıllarında Ege kıyılarına Yunanistan karasından gelip
yerleĢen Grek asıllı halklar ile baĢlamıĢtır. Kendi iç içlerinde serbest, kültür birliği içinde olan
kent devletleridir. Ġzmir‘in güneyine Ġyon‘lar, kuzeyine Aeol‘ler yerleĢmiĢtir. Bunlar içinde
Ephesos ve Miletos uygarlıkta çok öne çıkmıĢtır.
Özellikle M.Ö 6. yüzyılda ilk çağın 7 bilgesinden biri kabul edilen THALES (M.Ö. 624-546)
yaĢamıĢtır.
Thales dünyada ilk defa deprem, rüzgâr gibi fiziki olayların tanrıların iĢi olmadığını ifade etmiĢ,
suyu çok önemli bir bileĢen olarak kabul etmiĢtir. Büyük Filozof Aristo, Thales‘i Yunan
dünyasındaki ilk filozof olarak kabul etmiĢtir. Büyük yazar Bertrand Russel ise Batı düĢünce ve
geleneğinin Thales ile baĢladığını savunmaktadır.
Mühendis, filozof, Astronom, matematikçi olarak ta kabul edilen Thales ile kim olduğunu
bilmeden bizler Ortaokulda onu ―Thales Teoremleri‖nden tanımıĢtık.
Thales ile baĢlayan bu düĢünce zamanla geliĢerek baĢka filozoflarca devam etmiĢtir.
M.Ö 6. yüzyılda Ege kıyısındaki kent devletleri büyük bir imparatorlukla karĢı karĢıya gelmiĢtir.
Çok büyük Ordu oluĢturan Pers (Ġran) Ġmparatorluğu karĢısında uygarlık yönünden daha yüksek
olmalarına karĢı kent devletleri, Perslere karĢı koyamamıĢ ve Anadolu Perslerin egemenliği
altına girmiĢtir.
Persler dini ve kültürel yönünden yayılmacı değildir. Vergi ve görevlerini yerine getirmek
kaydıyla kendi kültür ve gelenekleri ile yaĢama Ģansını vermektedir. Bir örnek vermek gerekirse
Halikarnasos (Bodrum) antik çağın 7 harikasından biri sayılan anıtsal Mezarı yaptıran ve Karia
kökenli olduğu halde onu en önde gelen Helen kenti yapan MOUSOLOS (M.Ö 377-353) Pers
Kralı emrinde bir satrap‘tır (Vali).
881
Pers dönemi M.Ö. 334 yılında Büyük Ġskender‘in (Aleksandır The Great) Anadolu‘ya gelerek,
Pers Ġmparatorluğu‘na son vermesi ile yeni bir dönem baĢlamıĢtır. Tüm Anadolu, Suriye, Mısır
Helenizm kültürünün etkisi altına girmiĢtir.
Ölümünden sonra kurulan Selefkos Krallığı tarafından Anadolu‘da pek çok kent yeniden
kurulmuĢtur. Antakya ve baĢka Antiochaia‘lar, Silifke, Laodesia isimli kentler.
8.BERGAMA KRALLIĞI
Bu dönemde kurulmuĢ küçük fakat baĢardığı iĢler bakımından çok büyük devlette Bergama
Krallığıdır. BaĢkenti Ġzmir‘in kuzeyinde Bergama (Pergamon) kentidir.
Bergama Kralı Attalos I (M.Ö 241-197) ve Eumenes II (M.Ö. 197-159) dönemlerinde tarihte ilk
defa toprak borularla basınç altında su getirilmiĢtir.
Toprak borular Sümerlerden Hititlerden beri kullanılmaktadır. Ancak borunun et kalınlığı
artırılarak Bergama‘da basınç altında kullanılmıĢtır. Bu tarihte bir ilk uygulamadır.
Bergama krallarının bir diğer su sistemi de KURġUN boru ile yaklaĢık 3,2 km uzunluğunda ve
200 m derinliğindeki bir vadiden suyu aĢırarak kent Akropolüne ulaĢtırmalarıdır. Bu ise bir
mühendislik harikasıdır. Gerçi tek parça ve yaklaĢık 20 cm dıĢ çapındaki kurĢun borular yerinde
yoktur ama kurĢun boruların geçtiği taĢ manĢonlar yerindedir.
9.ROMA DÖNEMĠ
Helenistik krallıklar Mısır‘da M.Ö 30 yılına kadar devam etmiĢ, Anadolu çeĢitli devletler ve
Roma‘nın etkisine girmiĢtir. Bu karıĢık dönem Roma‘nın imparatorluk oluĢu ile son bulmuĢ, ilk
yüzyıldan baĢlayarak M.S 2. yüzyılın sonlarına doğru, çok büyük bir yapılaĢma baĢlamıĢtır.
Özellikle imparatorlar Nerva (96-98), Trajanus (98-117), Hadrianus (117-138), Antonius Pius
(138-161), Marcus Aerileus (M.Ö. 161-180) dönemlerinde doruğa çıkmıĢtır.
Amerikalı Tarihçi W. Durant ―Bu beĢ imparator dönemindeki yapılaĢma dünyanın hiçbir
dönemine ve hiçbir yerine görülmemiĢtir‖ diye yazmaktadır.
YaklaĢık olarak Roma öncesi Anadolu‘da bulunan 50 kent, on katı artarak 500‘e ulaĢmıĢtır.
Kentleri birbirine bağlayan yollar, her kentte içmesuyu, anıtsal çeĢmeler, barajlar (3 adet),
sulama ve taĢkın koruma projeleri gerçekleĢtirilmiĢtir.
Helenizm döneminde suyolları güvenlik sebebiyle hep toprak altındadır. Roma döneminde bu
sorun olmadığından Roma‘nın yönetimindeki tüm coğrafyada (bugün 25 üzerinde ülke var)
suyolları açıkta yapılmıĢ, anıtsal su kemerleri inĢa edilmiĢtir.
Buna bir örnek vermek gerekirse Roma döneminde yapılmıĢ 32 basınçlı su sisteminin, 16‘sı
Anadolu‘da ve sadece Ġzmir-Ankara-Antalya üçgeni içindedir.
Bunlardan Antalya Aspendos‘ta olan basınçlı ve kuleli sistem Anadolu‘daki Bergama
suyolundan sonraki en büyük mühendislik harikasıdır. Denizli Laodikya ve Antalya Patara‘daki
sistemler bugüne daha iyi durumda gelmiĢ ve görülmeye değerdir.
882
Bu konu Anadolu insanının su yapısında hünerini sergilemekte ve mutlaka çeĢitli yönlerden
incelenmesi gerekir.
M.S 330 yılında Ġmparator Konstantin tarafından, Byzantion kenti yeni binalarla süslenerek
Konstantinapolis (Konstantiniyye) olarak kurulmuĢ. Anadolu‘daki 500 kentin önüne geçmiĢtir.
Burada Belgrat Ormanları‘ndan, Halkalı‘dan ve özellikle TEKĠRDAĞ PINAR-HĠSAR‘dan, 240
km den su baĢkente getirilmiĢ, imparatorluk Hıristiyanlığı kabul ettiğinden, eski tapınaklar,
buraların kolonları yeni kiliselerde kullanılmaya baĢlamıĢtır.
10.BĠZANS JÜSTĠNYEN DÖNEMĠ
Ġmparator Jüstinien 527-565 yılları arasında Ġmparatordur. Döneminde yapılan yapılar ve su
sistemlerinin Bizans ve Anadolu tarihinde çok eĢsiz bir yeri bulunmaktadır.
BaĢta o tarihte ilk defa kubbeli, dev yapı Aya Sofya inĢa edilmiĢtir. Ayrıca pek çok yerde pek
çok kilise inĢa edilmiĢtir. Bu büyük anıtsal yapının mimarları Tralles‘li (Aydın) Anthemius ve
Miletos‘lu Isidoros‘tur. Ġmparatorun yaptığı iĢler zamanında yaĢamıĢ Kayserili Procopius
tarafından kaleme alınmıĢtır. Ayasofya‘nın mimarlarının imparatorun su yapılarını
gerçekleĢtirdiği sanılmaktadır.
Bunlara birkaç örnek, ġanlıurfa‘da kutsal Balıklı Gölü taĢkından koruyan bent (kaldırım) ile
suyun dıĢarıdan aĢırılması, Mardin Dara sistemi, Tarsus‘ta kentin içinden geçen ve taĢkın getiren
Berdan çayının kent dıĢına alınması bunlardan bazılarıdır.
Bu bölümü 9. CumhurbaĢkanı Süleyman Demirel‘in 1994 yılında ―Devlet Su ĠĢleri‘nin 40.
KuruluĢ törenlerinde yaptığı aĢağıdaki sözlerle noktalamak istiyorum.
―Bizden önceki Anadolu halkları her kimse, Anadolu toprağına çok büyük mühendislik eserleri
koymuşlardır. Mühendisliğe hevesi olanların bunlardan alacağı çok şeyler vardır. Bunlar
Anadolu’nun sadece bir yerinde değil, her yerdedir.”…
11.SELÇUKLU DÖNEMĠ & BEYLĠKLER
Anadolu‘da ilk Türk Devleti‘ni kuran Selçuklulardır. BaĢkent olarak Iconium‘u (Konya)
seçmiĢlerdir. Burada Meram çayından gelen bir sulama sisteminin oluĢu ve ilk yerleĢimde yeteri
kadar saray ve devlet yönetimine uygun yapıların olmasıdır. 13. yüzyıldan itibaren ise Konya‘yı
yeni medrese, türbe ve camilerle, hamamlarla donatmıĢlardır.
Selçuklular daha ziyade duran su yerine akan suyu tercih etmiĢlerdir. Ancak hamam konusunda
Roma sistemi uygulanmıĢ, ancak erkekler için boy abdesti alınıp kısa sürede yıkanılıp çıkılır
duruma göre ayarlanmıĢ, kadınlar kısmında ise kadın eğlencelerine, gelin hamamlarına yer
verilmiĢtir.
Selçuklu döneminde Meram çayından açılan bir ırmakla (elle açılan kanal) kent içine ve
çeĢmelere su verilmiĢ, kentin bağlarını sulayan sulama sistemi geliĢtirilmiĢtir.
Burada su ile çok değerli çalıĢmalar yapan Selçuklu veziri Sahip Ata Fahrettin Ali (Ölümü 1286)
bahsedilecektir. Konya, Kayseri‘de pek çok hamam çeĢme yaptıran Sahip Ata, kendi adına
―Sahip Irmağı‖ olarak bilinen bir sulama kanalı açtırmıĢtır.
883
Sahip Ata yazın azalan Meram çayının suyunu 12 OKKA kabul ederek, bunu sulama kanallarına
dağıtmıĢ ve bu konuda bir su vakfı kurmuĢtur. Bir Okka‘da kendi kanalına almıĢtır. Bir su ölçüm
birimi olan Okka nasıl bir Ģeydir, Roma su ölçüm birimi Qunaria, ya da Osmanlı Su birimi Lüle
olduğu gibi mi? bir değerdir, çok araĢtırdım, bir sonuca varamadım.
Bu dönemde Ġsmail El Jezeri‘nin (ölümü 1206 ?) hidrolik konusunda çalıĢmaları çok dikkat
çekicidir. Anadolu‘da Cizre kentindendir. Mühendis, hidrolog kabul edilen su kuvveti ile çalıĢan
su makineleri icat etmiĢtir.
Karamanoğlu Beyliği döneminde de baĢkentleri Larende‘de (Karaman) kent çeĢmelerine su
dağıtan su sistemi kurmuĢlardır.
12.OSMANLI DÖNEMĠ
Fatih Sultan Mehmet 1453 yılında Ġstanbul‘u fetih ettiğinde Ġstanbul‘un (Kostantiniyye) nüfusu
çok azalmıĢ ve eski suyolları kullanılamaz durumda idi. Fatih Sultan Mehmet hemen Ġstanbul‘un
su soruna el atmıĢ Halkalı‘dan su taĢıyan suyolları yapılmıĢtır.
Kanuni Sultan Süleyman (1520-1566) döneminde ise su sıkıntısı artan nüfus karĢısında ciddi
boyutlara ulaĢmıĢtır. Bu konuda dahi Mimar Sinan görevlendirilmiĢtir.
Mimar Sinan (1490-1588) Edirne‘de Selimiye, Ġstanbul‘da Süleymaniye gibi camilerin mimarı
olduğu gibi, çok iyi bir ―SU MÜHENDĠSĠ‖dir. Ġstanbul Kağıthane deresini gezmiĢ, Roma
döneminde yapılmıĢ ve kullanılamaz durumdaki Ģahane su kemerlerini tespit etmiĢ, onların
yıkılan çöken yerlerini onararak KırkçeĢme sistemi ile Belgrat ormanlarından suyu Ġstanbul‘a
akıtmıĢtır.
Bunların içinde batılıların Jüstinyen kemeri olarak adlandırdığı Mağlova kemeri temellerine
kadar yıkıldığı anlaĢılmaktadır. Mimar Sinan çok büyük çapta yıkılan kemeri, daha geniĢ
açıklıklı aĢağı doğru geniĢleyen bir Ģekilde yeniden inĢa etmiĢtir. Mağlova Kemeri dünya
çapında ―BĠR MÜHENDĠSLĠK HARĠKASI‖dır. Halen çalıĢır durumdadır.
Daha sonraları Belgrat ormanlarında su dereleri üzerine suyu çoğaltmak için 7 adet bent inĢa
edilmiĢtir. En büyük bent olan Büyükbend, Roma döneminde yapılmıĢ ve tamamen yıkılmıĢ
alana yeniden yaptırılmıĢtır. Bunlardan 4 adedi sur içi Ġstanbul‘a, 3 adedi tamamen Osmanlı
döneminde yapılmıĢ Beyoğlu yakası için yapılmıĢ suyollarına tahsisi edilmiĢtir. Halen Sarıyer‘de
bulunan Sultan Mahmut Kemeri dünyada çalıĢan nadir su yapılarından biridir. Bentlerde su
ölçümü tamamen bir Osmanlı su ölçüm birimi olan LÜLE ile yapılmıĢtır. Burada suyun hızı göz
önüne alınmıĢ olup, lülenin alt katları da vardır.
19. Yüzyıl sonlarında eski sistemler artan nüfusa cevap verememiĢ, Terkos Gölünden su buharla
çalıĢan dev pompalarla kentin Ġstanbul ve Beyoğlu yakasına verilmiĢtir. Bu dev proje bir yabancı
Ģirkete imtiyaz vermek suretiyle gerçekleĢtirilmiĢtir.
Osmanlı döneminde çok önemli bir su projesi de Konya Ovası Sulamasıdır. 1903-1908 yılları
arasında ölçüm, keĢif ve ihale iĢleri, 1908-1913 yılları arasında sulama Ģebekesi inĢa edilmiĢtir.
Ġlk defa birim fiyatlar üzerinden eksiltme suretiyle bir Alman ġirketine ihale edilmiĢtir. Bu
projenin gerçekleĢmesinde Konya Valisi ve sonra Sadrazam Mehmet Ferit PaĢa‘nın çok hizmeti
vardır. Tüm mühendislik ve yapım hizmetinin baĢında 1903-1913 yılları arasında Alman
Mühendisi A. Waldorp bulunmuĢtur.
884
13.SONUÇ
Sonuç olarak Türkiye Cumhuriyeti kurulduğunda iki önemli kuruluĢ bulunmaktadır. Terkos Su
ĠĢletmesi ve Konya Ovası Sulaması, bunlar dıĢında Van‘da Urartular zamanından kalan ve halk
eliyle çalıĢtırılan Urartu barajları, ġamran Kanalı ve benzerleri bulunmaktadır.
Cumhuriyeti kurulması ile su iĢlerinin önce iyi bir Ģekilde teĢkilatlanmasına gidilmiĢtir.
Cumhuriyetin Kurucusu Atatürk‘ün bu konudaki çabaları dikkat çekicidir, daha sonra 1954
yılında Devlet Su ĠĢleri‘nin kurulması ile her Ģey değiĢmiĢ ve pek çok dev su projelerinin yapımı
gerçekleĢmiĢtir.
Tarihi dönemleri Cumhuriyet öncesi kapamak uygun olacaktır.
TeĢekkür
DSĠ IV: Bölge Müdürü Sayın Feyyaz Akalın‘a
DSĠ IV: Bölge Müdür Yardımcısı Sayın Ali Haydar ġahin‘e
DSĠ DıĢ ĠliĢkiler BaĢmüĢaviri Sayın Ġsmet Bozkurt!a
DSĠ Genel Müdürü Sayın Raif Özenci‘ye
DSĠ Genel Müdürü Sayın Özden Bilen‘e
DSĠ Genel Müdürü Sayın Veysel Eroğlu‘na
DSĠ XIV. Bölge Müdürü Sayın Cüneyt Gerek‘e
Almanya‘dan Prof Dr. Henning Fahlbusch‘a
Açılacak sergide ortağım, tüm metinleri Ġngilizce‘ye çeviren Bahar Suseven‘e (Heike Thol
Schmitz) teĢekkürü bir borç bilirim.
885
BARAJLARDA DEPREM RĠSKĠ
Özcan DALKIR
Devlet Su ĠĢleri Genel Müdürlüğü, ANKARA
[email protected]
ÖZET
Tebliğde Türkiye‘nin çeĢitli plaklar arasındaki tektonik konumundan kısaca bahsedilerek, ülkede
vuku bulan en büyük depremlerin kaynağı olan diri faylar anlatıldıktan sonra, deprem risk analiz
yöntemleri özetlenmektedir. Tebliğin ikinci kısmında, dünyanın çeĢitli ülkelerinde meydana
gelmiĢ çok büyük depremlerde mevcut barajların davranıĢları belgelerden nakledilerek anlatılmıĢ
ve beton ve dolgu barajları depreme dayanıklı kılmak için alınabilecek bazı tedbirler tavsiye
edilmiĢtir.
Anahtar Kelimeler: Baraj, deprem, fay, magnitüd, ivme, deterministik, probabilistik.
SEISMIC RISK FOR DAMS
ABSTRACT
After shortly mentioning Turkey‘s tectonic positioning among several plates, the paper tells the
many active faults that are the sources of the greatest earthquakes in the country. It explains the
main methods of seismic risk analyses and their uses in dam engineering. In the latter part, the
behavior of the existing dams during large earthquakes in different parts of the world are given
as the case histories. The paper ends with some recommendations on how to design and build
dams to make them more resistant to seismic forces.
Keywords: Dams, fault, seismic, magnitude, acceleration, deterministic, probabilistic.
1.TÜRKĠYE’NĠN TEKTONĠĞĠ
Anadolu‘nun büyük bir kısmı Türkiye plağı üstünde yer alır. Güneyde Arap plağı ve Afrika plağı
Türkiye plağının altına dalmağa çalıĢırlar. Bu iki plak birbirinden Ölü Deniz Fayı (ÖDF) ile
ayrılır. Arap plağı ile kuzey-doğusundaki Van plağını Bitlis-Zagros Bindirme Zonu (BZBZ)
ayırır (ġekil 1).
887
ġekil 1. Türkiye ve Civarındaki Tektonik Plakalar
Türkiye plağı ile kuzeyindeki Karadeniz plağı arasındaki sınır Kuzey Anadolu Fayı‘dır
(KAF).YaklaĢık 1 500 km uzunluğunda olan bu fay genellikle doğu – batı istikametinde uzanır.
Doğuda Karlıova yakınlarında baĢlayıp bütün Anadolu‘yu kat ettikten sonra Ġzmit Körfezi‘nden
Marmara Denizi‘ne dalar, bir süre denizin tabanında devam ederek Trakya‘ya varır, Trakya‘nın
güney batı köĢesini keserek Saros Körfezi‘nde Ege Denizi‘ne ulaĢır (ġekil 2). Bazı uzmanlar
KAF‘ın Karlıova‘nın güney doğusuna doğru bir mikdar devam ettiğini düĢünüyorlar. Hatta
bazıları KAF‘ın Güney-Doğuya doğru devam ederek Ġran‘ın Kuzey-Batısındaki ―Recent New
Fault‖ ile birleĢtiğini iddia ediyorlar.
Kuzey Anadolu Fayı sağ doğrultu atımlı, echélon tipi bir faydır. Kırılan bir segment bir sonraki
segmenti tetikler. Bu açıdan Kuzey Anadolu Fayı Kaliforniya‘daki San Andreas Fayına çok
benzer. Her iki fayın yaĢı, uzunluğu, kayma hızı ve doğruluğu hemen hemen aynıdır (ġekil 2).
Kayma hızı GPS gözlemlerine göre yılda ortalama 24 ± 2 mm olan KAF çok aktif olup,
Türkiye‘de vuku bulan en büyük depremleri üreten fay olmuĢtur. Bunlar arasında 1939 Erzincan
depremi (7.9), 1999 Ġzmit (7.4), 1999 Düzce(7.1), 1957 Abant (6.8), 1951 KurĢunlu (6.8), 1944
Bolu-Gerede (7.5), 1949 Karlıova (7.9?), 1943 Tosya-Ladik (7.2), 1967 Bolu-Mudurnu (7.0),
1942 Niksar-Erbaa (6.9), 1966 Varto(6.6), 1992 Erzincan (6.5) depremleri sayılabilir. (1)
ġekil 2. Kuzey Anadolu ve San Andreas Fayları
Kuzey Anadolu Fayından sonra ülkemizde en Ģiddetli depremleri üreten kaynak Doğu Anadolu
Fayıdır (DAF) Doğuda Karlıova yakınlarında hemen hemen Kuzey Anadolu Fayı ile aynı
noktada baĢlar ve genellikle Güney-Batı istikametinde Akdeniz‘e doğru uzanır. Bazı uzmanlara
göre Akdeniz‘in tabanında aynı güneybatı yönünde bir süre devam ettikten sonra Kıbrıs‘ın
888
güneyinden bir kavis çizerek batıya doğru uzanır. Diğer bazı uzmanlara göre DAF
KahramanmaraĢ‘ın güneyinde Güneye doğru yönelerek Antakya civarında Ölü Deniz Fayı‗nın
kuzey uzantıları ile birleĢir (ġekil 2). DAF‗ın Türkiye topraklarındaki toplam uzunluğu yaklaĢık
600 km‘dir. Kayma hızı jeolojik verilere göre 8.3 mm/yıl, GPS ölçümlerine göre 9 ± 1
mm/yıl‘dır. (2)
Doğu Anadolu Fayı‘nın ürettiği en Ģiddetli deprem büyüklüğü tarihi kayıtlara göre 7.4 olarak
tahmin edilmiĢtir. DAF tarafından üretilmiĢ büyük depremler arasında 1513 Tarsus-Malatya
(7.4), 1544 Zitun-Malatya (6.7), 1789 Palu (7.0), 1866 Kulp (7.0), 1874 Gölcük Gölü (7.1), 1893
Malatya Güneyi (7.1), 1905 Malatya (6.8), 1971 Bingöl (7.0) depremleri sayılabilir.
Ölü Deniz Fayı‘ndan kaynaklanan en büyük depremler M.Ö. 64 ve M.S. 499 veya 500 yıllarında
Antakya civarında vuku bulmuĢ 7.5 büyüklüğünde depremlerdir. Gene Antakya civarında tarihi
çağlarda cereyan etmiĢ 7.3, 7.2, 7.1 ve 7.0 büyüklüğünde depremler vardır. 7.5 ve ona yakın
büyüklükte baĢka depremler daha güneyde Suriye topraklarında da vuku bulmuĢtur.
Bu çok büyük ana fayların dıĢında, Ege Bölgesi‘nde, Doğu Anadolu‘da, hatta Orta Anadolu‘da
çok sayıda baĢka diri faylar da mevcuttur (ġekil 3).
ġekil 3. Türkiye Diri Fay Haritası
Yukarıda izah edilen plak tektoniği ve ülkemizde çok sayıda diri fayların mevcudiyeti Türkiye‘yi
sismik aktivitesi çok yüksek olan bir coğrafya haline getirmektedir. Bayındırlık ve Ġskân
Bakanlığı tarafından hazırlanmıĢ Türkiye Deprem Bölgeleri Haritası ġekil 4‘de görülmektedir.
ġekil 4. Türkiye Deprem Bölgeleri Haritası
889
2.BARAJLAR ĠÇĠN DEPREM RĠSK ANALĠZĠ
Baraj gövdesinin stabilite analizleri için genellikle Ġnanılır Enbüyük Deprem (Maximum
Credible Earthquake – MCE)‘den kaynaklanan Enbüyük Yer Ġvmesi (Peak Ground Acceleration
– PGA) kullanılır. MCE ve PGA iki metodla hesaplanabilir: Deterministik ve Probabilistik.
Deterministik yöntem esastır. Deterministik yöntemle elde edilen MCE ve PGA o baraj
yerindeki fizikî Ģartların üretebileceği en büyük magnitüd ve en büyük ivmeyi verir. Probabilistik
yöntemle elde edilebilecek olan daha büyük değerlere itibar etmemek gerekir.
Deterministik yöntemle hesapta baraj yeri ve civarındaki aktif faylar kullanılır. Son 20-30 senede
fayların toplam uzunluğu, kırılma uzunluğu, kırılma alanı, deprem baĢına maksimum deplasman,
fayın kayma hızı ve sismik momenti ile deprem büyüklüğü (Magnitude) arasındaki bağlantıyı
gösteren ampirik yöntemler geliĢtirilmiĢtir (Hanks ve Kamamori-1979; Kamamori-1983;
Bonilla, et all.-1984; Slemmons, et all.-1989; Wells ve Coppersmith-1994); Hanks ve Bakun2002 (3), (4), (5), (6), (7) ve (8)).
ġekil 5. Fay kırılma alanı – magnitüd iliĢkisi
Eğer baraj yerimiz aktif faylardan çok uzak ise, deprem kaynağı olarak arka plan sismik bölge
kullanılıyorsa, hesap mecburen Probabilistik yöntemle yapılır. Burada Tekerrür Periyodu (Return
Period) seçimi hayati önem kazanır.
Bizim tavsiyemiz, Türkiye‘nin 3., 4. ve 5. derece deprem bölgelerinde tekerrür periyodunu 475
ile 2475 yıl arasında denemek ve elde edilecek MCE‘nin ―epicentre‖ daki büyüklüğünü o
bölgede yaĢanmıĢ en büyük deprem magnitüdüne yarım birim eklenerek bulunan değer ile
karĢılaĢtırmaktır. Bizim değerimiz daha yüksek çıkıyorsa tekerrür periyodu küçültülmeli, daha
düĢük çıkıyorsa büyütülmelidir.
Baraj projelerinde hayatî önemde olmayan yapılar için ĠĢletme Esaslı Deprem (Operation Basis
Earthquake - OBE) kullanılmalı. Bu yapılar Geçici Derivasyon Tesisleri, Hidroelektrik Santral,
Cebri Boru, Enerji Tüneli, Kuyruksuyu Kanalı veya Tüneli, Dolusavak BoĢaltım Kanalı,
Sıçratma EĢiği, Enerji Kırıcı Havuz ve Ġade Kanalıdır. OBE Probabilistik metodla hesaplanır.
Tekerrür aralığı olarak 144 yıl seçilir. Bu aralık baraj yapılarının 100 yıllık ekonomik ömrü
boyunca daha büyük bir deprem vuku bulma riskinin %50 olması hâline tekabül eder.
Bazı mühendisler, deprem konusundaki büyük belirsizlikler nedeniyle, deprem risk analizi
sonunda bulunan ortanca-değer yerine ortanca-değere Standard Sapmayı ekleyerek bulunacak
değerin baraj stabilite analizinde kullanılmasını tavsiye ediyorlar. Târifi icabı baraj yerinde
ortanca-değerden (median) büyük ivmeler olma ihtimali % 50, küçük ivmeler olma ihtimali gene
% 50‘dir. Ortanca-değere bir Standard Sapma değeri eklenirse (median + σ), ondan daha büyük
bir ivme olma ihtimali % 16‘ya iner, daha küçük olma ihtimali % 84‘e çıkar. Dünyanın muhtelif
890
ülkelerinde bir çok barajın çok büyük deprem güçleri karĢısındaki davranıĢlarına bakılırsa, bu
tutumun aĢırı emniyetli ve lüzumsuz pahalı çözümlere götüreceği âĢikârdır. Hakkâri Barajında
bulunan ortanca-değer = 0.34 g, ortanca-değer + σ = 0.50 g idi. Proje firması 0.50 g‘yi tavsiye
ediyordu. DSĠ doğru bir davranıĢla barajın stabilite hesapları için 0.34 g alınmasına karar verdi.
Sismik kuvvetler altında baraj stabilite hesabı eskiden psödo-statik yöntemle yapılırdı. Beton
Ağırlık ve Dolgu Barajlarda bu hâlâ geçerli. Psödo-statik hesapta baraj kretine Ka ivmesinin
devamlı yatay bir kuvvet olarak tatbik edildiği kabul edilir. A.B.D.‘de Ka katsayısı en çok 0.15g
olarak alınır. Dünyada en büyük sismik aktiviteye mâruz kalan ülkelerden Japonya‘da
maksimum değeri 0.25g‘dir. Ülkemizde en çok 0.20g olacağı kabul edilmiĢtir. Bu mâkul bir
kabuldür.
Barajlarda Ģimdilerde sonlu elemanlara dayanan bilgisayar yazılımları kullanarak dinamik analiz
yapılması tavsiye ediliyor. Ġnce kemer barajlarda bu mutlaka yapılmalıdır. Mamafih, bu
yazılımları kullanırken çok dikkatli olmak gerekir. Bir defa piyasada satılan yazılımların hiçbirisi
dolgu barajlarda tabakalar halinde serilip sıkıĢtırılan baraj gövdesini gerçekçi olarak simüle
edemiyor. Baraj dolgusunu homojen ve izotrop kabul ediyorlar. Ayrıca, bu yazılımlar bilgisizce
kullanılırsa daha da çok hatalı sonuçlar verebiliyorlar. (Garbage in, garbage out) ġunu da ilâve
etmekte fayda var: Bilgili ve kötü niyetli kullanılarak da bu yazılımlarla çok yanıltıcı sonuçlara
varılabilir. Dolgu barajların deformasyon hesapları bilgisayar yazılımları ile yapıldıktan sonra,
mutlaka ve mutlaka, Makdisi & Seed gibi basit yöntemlerle tahkik edilmelidir.
3.BARAJLARIN DEPREM ETKĠSĠ ALTINDA DAVRANIġLARI
Türkiye‘de ve dünyanın diğer deprem bölgelerinde inĢa edilen barajların deprem sırasında
Ģiddetli sarsıntılara maruz kalmaları beklenir. Ülkemizde yapılacak barajların tasarımında ve
inĢaatında bunu göz önünde bulundurmak ve gerekli tedbirleri almak icap eder. Ancak deprem
riskini abartmak, lüzumundan çok fazla emniyetli barajlar yapmaya kalkıĢmak da yanlıĢ olur.
Unutulmamalıdır ki, aktif bir fay üzerine bile baraj yapılabilir ve yapılmıĢtır (Örneğin Fransa‘da
kemer-ağırlık Bort-les-Orgues barajı (ġekil 6), (9)). Dünyanın birçok ülkesinde pek çok baraj
çok büyük deprem kuvvetlerine mâruz kalmıĢ ve az veya çok hasar görmekle beraber
yıkılmamıĢlardır. GözlemlenmiĢ bazı örnekler aĢağıda verilmektedir:
ġekil 6. Bort-Les-Orgues Barajı, Fransa
3.1.Dolgu Barajlar
Dolgu barajların deprem davranıĢları genellikle tatminkâr olmuĢtur. Bu barajlarda, hele yüksek
olanlarında, yer ivmesi ile kretteki ivme arasındaki amplifikasyon zayıf olur. Bunun sebebi dolgu
barajların deprem esnasında elastik-plastik deformasyon yaparak esnek bir davranıĢ
göstermeleridir.
891
Dolgu barajların deprem yüzünden yıkılma riskleri aĢağıdaki senaryolarla sınırlıdır:
Sismik titreĢimler sebebiyle baraj gövdesinde ve temelde bulunan koheziyonsuz, ince ve doygun
malzemenin sıvılaĢması (liquefaction). Malzeme sıkıĢtırılmamıĢsa sıvılaĢma riski daha da
fazladır.
Barajda deprem etkisiyle meydana gelen kalıcı oturma hava payından daha büyük olursa,
rezervuardaki sular baraj kretinin üstünden aĢar ve baraj yıkılır.
Kil Çekirdekli Dolgu Barajlarda deprem etkisiyle meydana gelen yatay deplasman kum filtre
tabakasının kalınlığından fazla olursa, kil çekirdek bazı seviyelerde filtre ve transisyon
tabakalarının korumasından mahrum kalabilir. Bu durumda kil çekirdek malzemesi sızıntı
suyuyla mansaba doğru göç eder, borulanma (piping) sebebiyle baraj yıkılabilir.
Kil Çekirdekli Dolgu Barajlarda deprem yükleriyle yapılan Ģev stabilite hesaplarında bâzı
hallerde emniyet katsayısını 1.0‘den küçük bularak ―baraj yıkılır‖ demek yanlıĢtır. O durumda
dinamik analiz yaparak, düĢey ve yatay deformasyonları gerçekci bir Ģekilde tâyin etmek ve
barajın stabilitesi hakkında ona göre hüküm vermek gerekir. Ayrıca, Ģev stabilite hesabında
Newmark‘ın bir yüzey üzerinde kayan rijid blok kabulü toprak barajlar için geçerli olabilir ama
kaya dolgu öyle davranmıyor. Üstelik, barajda bir Ģev kayması olsa bile, bu baraj yıkılacak
anlamına gelmez.
Dünyada deprem yüzünden yıkılan dolgu barajlar genellikle ―hydraulic fill‖ metoduyla yapılmıĢ
eski barajlar ve nisbeten küçük, çok eski toprak barajlardır. Büyük bir ihtimalle bu çok eski
barajların tasarımı ve inĢaatı pek de iyi değildi. Depremde yıkılan yenice dolgu barajlar da Atık
Barajları olmuĢtur.
Japonya‘da 6.9 büyüklüğünde 1995 Kobe denkleminde büyük ölçüde can ve mal kaybı olmuĢtur.
Bu deprem 15‘ten fazla dolgu ve 20‘den fazla beton barajı etkilemiĢtir. Bunlardan yalnız
―epicentre‖ da bulunan küçük Niketo Toprak Barajı yıkılmıĢtır. Deprem merkezinde bulunan
diğer 3 küçük toprak dolgu baraj ağır hasar görmüĢ, ama yıkılmamıĢlardır. Merkezden 7 km
mesafede, 33 m yüksekliğindeki Tokiwa Toprak Barajının kret üstündeki yol kaplamasında,
yamaçlara yakın bölgelerde, bazı çatlaklar oluĢmuĢ. Merkezden 31 km mesafede, 24 m
yüksekliğinde Kitamaya Toprak Barajının menba yüzünde sığ bir Ģev kayması gözlenmiĢ. Diğer
barajlarda herhangi bir hasar olmamıĢtır.
A.B.D.‘de 1994‘te vuku bulan 6.7 büyüklüğündeki Northridge Depremi merkezinden 75 km‘lik
bir yarıçap içinde bulunan 105 barajı etkilemiĢti. Bazılarına gelen yer ivmeleri bayağı Ģiddetli
idi. Bunlardan, bir kısmı Toprak, bir kısmı Kaya Dolgu olan 11 tanesinde bazı çatlaklar veya Ģev
hareketleri oldu, yıkılma tehlikesi olmadan. Kalan 94 barajda hiçbir hasar olmadı. Üstelik, bu
barajların ezici bir çoğunluğu 1971‘de aynı bölgede meydana gelen 6.5 büyüklüğündeki San
Fernando Depremini de yaĢamıĢlardı. O depremde, 1918‗de ―hydraulic fill‖ metoduyla inĢa
edilmiĢ olan 42 m yüksekliğindeki Lower San Fernando Barajı ağır hasar gördü. Dolgu
malzemesinde sıvılaĢma ve önemli Ģev kaymaları oluĢtu. Baraj yıkılsaydı hemen mansapta
yaĢayan 70,000 kiĢinin hayatı tehlikede olacaktı. Kıl payı kurtuldular. Depremden sonra barajın
sahibi olan Los Angeles Belediyesi rezervuarı boĢ tutarak barajı sadece taĢkın kontrolü amacıyla
kullanmaya karar verdi. 1994 Northridge Depremi olduğunda Lower San Fernando Barajının
rezervuarı boĢtu. Bu misal de ―hydraulic fill‖ metodunun deprem bölgelerinde ne kadar yanlıĢ
olduğunu bir kere daha gösteriyor.
Meksika‘da 1963‘te inĢa edilen 148 m yüksekliğinde El Ġnfiernillo Barajı (Kil Çekirdekli Kaya
Dolgu), Ekim 1975‘te (5.9, 79km), Kasım 1975‘te (7.2, 23km), Mart 1979‘da (7.6, 110km),
892
Eylül 1985‘te (8.1, 75km) ve (7.5, 80km) ve Ekim 1985‘te (7.3, 55km) gibi çeĢitli depremlerle
tekrar tekrar sarsılmıĢ, yalnız 1979 (7.6) ve 1985 (8.1) depremlerinde önemsiz hasar görmüĢtür
(10).
Cogoti Barajı – ġili: 85 m yüksekliğinde Önyüzü Beton Kaplı Kaya Dolgu baraj. 1938 yılında
eski teknoloji ile yapılan bu barajın kaya dolgusu, andezitik breccia, sıkıĢtırılmamıĢtır (dumped
rockfill). 1943 Nisanında merkezi baraj yerinden 95 km mesafede, Nazca Plağı ile Güney
Amerika Plağının birleĢtiği yerde meydana gelen çok büyük bir deprem barajı etkilemiĢtir.
Depremin büyüklüğü o zaman 8.3 olarak tahmin edilmiĢ, sonradan 7.9‘a daha yakın olduğu
söylenmiĢtir. Maamafih, Pasifik kıyısında vuku bulan bu deprem kıt‘anın öbür tarafında,
Atlantik kıyısında hissedilmiĢ, Buenos Ayres‘te tabaklar kırılmıĢ, mürekkep ĢiĢeleri devrilmiĢ.
Baraj yerindeki deprem ivmesi 0.19 g olarak tahmin edilmiĢ. Depremin etkisiyle baraj kreti 40
cm oturmuĢ. Kaya dolgu sıkıĢtırılmadığı için zaten uzun vâdede baraj kretinin 3.5 feet (105 cm)
oturacağı hesaplanmıĢ. ĠnĢaatın bitiminden depreme kadar geçen 4.5 senede kret 40 cm
oturmuĢ.Depremden sonra da yavaĢ yavaĢ oturmasına devam etmiĢ ve 1985 yılına kadar 25 cm
daha oturarak toplam 105 cm oturmasını tamamlamıĢ (ġekil 7). Barajın önyüz betonunda hiçbir
hasar meydana gelmemiĢ.
ġekil 7. Cogoti Barajı oturma kayıtları
Bu depremden sonra Cogoti Barajı 3 büyük deprem daha yaĢamıĢ: 1965‘te 7.1, 1971‘de 7.5 ve
1981‘de 7.7 büyüklüğünde. Yalnız 1971 depreminde krette boyuna bir çatlak gözlenmiĢ, hepsi o
kadar.
Ġlki dahil bu depremlerin hiç birinde barajın yıkılma tehlikesi bahis konusu olmamıĢ, eski
teknoloji ile inĢa edildiği halde barajın davranıĢı fevkâlade emniyetli olmuĢtur(10).
Santa Juana Barajı – ġili: 106 m yüksekliğinde yeni nesil Önyüzü Beton Kaplı Çakıl Dolgu
Baraj. 1995 yılında tamamlanan bu barajın dolgusu silindirle sıkıĢtırılmıĢtır. Barajın en büyük
özelliği 30 m derinliğinde bir alüvyon tabakası üstünde oturuyor olmasıdır. Dünyada bu Ģekilde
inĢa edilen ilk yüksek barajdır. (Daha önceleri bu Ģekilde yapılmıĢ alçak barajlar mevcut.) Projesi
yapılırken, MCE‘nin büyüklüğü 8.4, merkezinin baraj yerinden uzaklığı 58 km, PGA 0.56 g,
893
deprem süresi 2.5 - 3 dk, Ģiddetli sarsıntı süresi 59 sn, hâkim periyod 0.2 sn alınmıĢ. Bu deprem
olursa krette önemli hasar olacağı, ama barajın yıkılmayacağı kabul edilmiĢ.
Baraj tamamlandıktan 2 sene sonra, 1997‘de merkezi baraj yerine 250 km mesafede 6.8
büyüklüğünde bir deprem oldu. Baraj hiçbir hasar görmedi. Krette sadece 9.7 cm‘lik bir oturma
ölçüldü (11), (12).
Zipingpu Barajı – Çin: 156 m yüksekliğinde Önyüzü Beton Kaplı Kaya Dolgu Baraj. 2006
yılında tamamlanan bu barajın kaya dolgusu silindirle sıkıĢtırılmıĢtır. Rezervuar hacmi 1.1
milyar m3, santralin kurulu gücü 760 MW‘tır. Mayıs 2008‘te vuku bulan Wenchuan depreminin
merkezi Zipingpu Barajına sadece 17 km mesafede idi. 270 km‘lik bir fay segmentinin kırılması
ile meydana gelen bu depremin büyüklüğü 8.0 magnitüdünde idi. Deprem anında rezervuarda su
seviyesi Normal ĠĢletme kotundaydı. Baraj kretinde ölçülen deprem ivmesi 2.0 g oldu. Buna göre
hesaplanan baraj temelindeki deprem yer ivmesi (PGA) 0.50 g‘den büyüktü. Oysa proje
yapılırken alınan deprem yer ivmesi 0.26 g idi.
Baraj yıkılmadı. Bu deprem esnasında barajın emniyeti hiçbir zaman tehlikede olmadı. Baraj
kretinde toplam 74.4 cm‘lik bir oturma gözlendi. Kretin menba-mansap istikametinde yatay
deformasyonu 20.0 cm oldu. Mansap yüzünde herhangi bir Ģev kayması olmadı. Önyüz
betonunda bazı çatlaklar ve kırıklar oldu. Bazı bölgelerde önyüz betonu kaya dolgudan ayrıldı.
Beton ile kaya dolgu arasında meydana gelen maksimum açıklık sol yamaçta 23 cm‘yi, sağ
yamaçta 7 cm‘yi buldu. Nehir yatağının üstüne rastlayan kısımda parapet duvarının betonunda da
kırıklar görüldü (Fotoğraf 1, 2, 3 ve 4). Depremden önce 10.4 lt/sn olan toplam kaçak,
depremden sonra 19 lt/sn‘ye çıktı (13)
Resim 1, 2. Zipingpu Barajı, Çin
Resim 3, 4. Zipingpu Barajı, Çin
894
Yukarıdaki örnekler hem deprem yüzünden dolgu barajlarda lüzumundan fazla korkmamak
gerektiğini gösteriyorlar, hem de Önyüzü Beton Kaplı Dolgu Barajların depreme karĢı en
dayanıklı baraj tipi olduğunu bir kere daha kanıtlıyorlar. Bunu ilk defa Barry Cooke ve James
Sherard 25 sene önce söylemiĢlerdi (14).
ġubat 2010‘da ġili‘de vuku bulan 8.8 büyüklüğündeki Cauquenes Depreminin merkezine yakın
12 büyük baraj vardı. Hiçbiri yıkılmadı, hiçbirinde önemli hasar olmadı. Yalnız ―epicentre‖a 100
km mesafede, 68 m kalınlığında bir alüvyon tabakası üzerinde inĢa edilmiĢ, 116 m
yüksekliğinde, eğimli kil çekirdekli çakıl dolgu Colbun Barajının kretinde 10 cm oturma ve 10
cm yatay deplasman oldu, kretin mansap kenarındaki korkuluk yolun bir bölümünde mansaba
doğru kayarak yoldan ayrıldı. Ayrıca kretin her iki yamaca yakın kısmında 1.0 cm geniĢliğinde
ve yaklaĢık 3.0 m derinliğinde birer enine çatlak gözlendi(15).
Swaisgood 1923‘ten 2001 yılına kadar büyük deprem kuvvetlerine mâruz kalmıĢ barajlardan 69
örnek vermiĢ(16). Bu depremlerin büyüklüğü 5.3 ile 8.3 arasında değiĢmektedir. 45 durumda
oturmalar 0.0 ile 10.0 cm arasında, 10 depremde 11.0 ile 20.0 cm arasında, kalanlar da 21.0 ile
50.0 cm arasındadır. 5 örnekte oturmaların metre boyutunda oldukları görünüyor: 0.85, 0.91,
1.06, 1.10 ve 1.69 m. Bu barajların beĢi de özeldir. 1.69 m oturma gösteren (yüksekliğin %
4.8‘i) Hebgen Barajı A.B.D. de 1915‘te 10 m alüvyon üzerine inĢa edilmiĢ 25 m yüksekliğinde
çok eski bir toprak barajdır. 1959 yılında 7.6 büyüklüğünde bir deprem barajın tam altında vuku
bulmuĢtur (deprem merkezinin baraja uzaklığı 0.0 km). Deprem esnasında rezervuar tabanında
6.7 m‘lik bir çökme olmuĢ, çökmenin oluĢturduğu büyük dalgalar sebebiyle su defalarca baraj
kreti üzerinden aĢmıĢtır. Ayrıca, geçirimsiz çekirdeğin beton olması barajın rijiditesini artırmıĢ
ve deprem yer ivmesinin baraj kretine daha büyük bir amplifikasyonla ulaĢmasına sebep
olmuĢtur (17). Hebgen Barajının deprem davranıĢı kesinlikle modern barajlar için bir örnek
olamaz. Yüksek oturma gösteren diğerleri de, ya bugün tamamen terkedilmiĢ olan ―hydraulic
fill‖ metoduyla inĢa edilmiĢ, ya da çok eski toprak barajlardır. Bu tip barajların yüksek oturma
göstermesi beklenir zaten. Swaisgood‘un bunları tablosuna dâhil etmesi doğru olmamıĢtır. Onları
ayrıca ve detaylı izahatla birlikte vermeliydi.
3.2.Beton Barajlar
2001 yılına kadar 100‘den fazla beton baraj önemli deprem yüklerine mâruz kalmıĢlardır.
Ġçlerinde her türlü beton baraj tipi vardır: Ağırlık, Kemer, Çoklu Kemer ve Payandalı Barajlar.
Bunların içersinde deprem yüzünden yıkılan beton baraj yoktur (26). Çin‘de 2008 yılındaki 8.0
büyüklüğünde Wenchuan Depreminde, yukarda anlatılan Zipingpu CFRD barajına ilâveten,
deprem merkezine yakın yüksek RCC beton barajlar da vardı. Hiç biri yıkılmadı.
Beton Ağırlık Barajlarında (buna Payandalı Barajlar ve BoĢluklu Ağırlık ―Hollow Gravity―
Barajlar da dâhil) korkulacak en önemli Ģey, deprem yükleri altında barajın Kayma Emniyetinin
azalmasıdır. Korkulacak diğer Ģey, deprem sarsıntısından dolayı barajın emniyetini tehdit edecek
mertebede büyük çatlakların oluĢması riskidir. Bu endiĢe Ağırlık ve Kemer, bütün beton barajlar
için geçerlidir. Ayrıca Ağırlık Barajları, bilhassa Payandalı Barajlar, baraj aksına paralel gelen
deprem ivmelerine karĢı çok daha hassastırlar. Bu sebeple deprem bölgelerinde yapılacak beton
barajların tasarımında deprem ivmeleri doğru olarak nazar-ı itibare alınmalı ve inĢaat îtina ile
yapılmalıdır.
Sefid Rud Barajı – Ġran: 105 m yüksekliğinde Payandalı Beton Baraj, 1962‘de yapılmıĢ.
Rezervuar hacmi 1.8 milyar m3, kurulu gücü 87.5 MW. Ġran‘ın çeltik üretimi büyük ölçüde bu
baraj rezervuarında biriken sulama suyuna bağlı. Payandaların tasarımında psödo-statik metod
kullanılmıĢ ve deprem ivmesi ka = 0.10 g – 0.25 g alınmıĢ.
895
1990 Haziranında merkezi baraja 32 km, büyüklüğü 7.5 olan Manjil Depremivuku buldu.
Depremde ölenlerin sayısı 40,000‘den fazla, yaralı sayısı 100,000 civarında. Deprem 600,000
km2‘lik bir alanda hissedildi. Rezervuar alanının sol yamacında 70 cm geniĢliğinde, 120 cm
derinliğinde çatlaklar oluĢtu. Baraj yerinde tahmin edilen maksimum yer ivmesi (PGA) 0.70 g.
Hem de bu yer ivmesi baraj aksına paralel (cross canyon) idi. Baraj hasar gördü. Payandaların
hepsinde, krete yakın kısımlarında önemli çatlaklar oldu (ġekil 18), ama baraj yıkılmadı. Hasarın
tâmiri 8.5 ayda tamamlandı (10).
alanda hissedildi. Rezervuar alanının sol yamacında 70 cm geniĢliğinde, 120 cm derinliğinde
çatlaklar oluĢtu. Baraj yerinde tahmin edilen maksimum yer ivmesi (PGA) 0.70 g. Hem de bu
yer ivmesi baraj aksına paralel (cross canyon) idi. Baraj hasar gördü. Payandaların hepsinde,
krete yakın kısımlarında önemli çatlaklar oldu (ġekil 8), ama baraj yıkılmadı. Hasarın tâmiri 8.5
ayda tamamlandı (10).
ġekil 8. Sefid Rud Barajı, Ġran.
Sefid Rud örneği baraj mühendisleri için çok önemli, zira Manjil Depremi, uzmanların kanaatine
göre, o bölgede olabilecek Ġnanılır Enbüyük Depreme (MCE) tekabül ediyordu.
Hindistan‘da 102.4 m yüksekliğindeki Koyna Barajı 1967‘de merkezi 3 km mesafede 6.5
büyüklüğünde, Çin‘de 104.2 m yüksekliğindeki Hsinfengkiang Barajı 1962‘de merkezi 1.1 km
mesafede 6.1 büyüklüğünde depremlere mâruz kalmıĢlardır. Ġkisi de Beton Ağırlık tipinde olan
bu barajlar ciddî hasar görmüĢler, ama yıkılmamıĢlardır. Romanya‘da !977‘de vuku bulan 7.2
büyüklüğündeki depremin merkezi 126 m yüksekliğindeki Ġzvorul Montelvi Ağırlık Barajından
100 km ve 80 m yüksekliğindeki Poiana Usului Payandalı Barajından 60 km mesafede idi. Ġki
baraj da bu depremden hiç hasar görmediler. A.B.D.‘de 38.5 m yüksekliğindeki Lower Crystal
Springs Ağırlık Barajı 1906‘daki 8.3 büyüklüğündeki San Francisco Depreminin merkezinden
sadece 400 m mesafede idi. Hiç hasar görmedi. Depremden bir miktar hasar görüp yıkılmayan
Ağırlık Barajlarından biri Ġngiltere‘de 1906‘da inĢa edilmiĢ, 30.3 m yüksekliğindeki Blackbrook
Barajıdır. 1957‘de merkezi 6 km mesafede 5.6 büyüklüğünde bir depreme mâruz kalmıĢtır.
Japonya‘da 1995‘te yaĢanan 7.2 büyüklüğündeki Kobe Depreminin merkezine 1.5 ilâ 50 km
mesafede, yükseklikleri 29 m ilâ 76 m arasında değiĢen Aono. Aigaeri, Ayuyagawa,
Dainichigawa, Dondo, Eiraku, Hatsuogawa, Hitokura, Hokkawa, Honjogawa, Karasubara,
896
Nariaiike, Nunobiki, Okawase, Sangari, Takihata, Tenno, Tottoriike ve Yuzuruha Ağırlık
Barajlarında hiç hasar olmamıĢtır.
ġimdiye kadar depremden önemli hasar gören bir Kemer Baraj yoktur(10).
Pacoima Barajı – A.B.D.: 113 m yüksekliğinde Kemer Baraj. 1929‘da yapılmıĢ. 1971 yılında
merkezi 5 km mesafede, büyüklüğü 6.5 olan San Fernando depremine mâruz kalmıĢ. Temelde
yer ivmesi 0.50 g olmuĢ, ama baraj herhangi bir hasar görmemiĢtir. Aynı baraj 1994‘te merkezi
18 km mesafede, büyüklüğü 6.7 olan Northridge depremini de yaĢamıĢ ve çok az hasar
görmüĢtür.
Ambiesta Barajı – Ġtalya: 59 m yüksekliğinde Çift Eğrilikli Kemer Baraj. Ġtalyan Alplerinde
1956 yılında yapılmıĢ. Tasarım safhasında 1:75 ölçekli bir model üzerinde deprem
testleriyapılmıĢ ve barajın 0.75 g yatay ve 0.76 g düĢey ivmelere kadar emniyetli olacağı
görülmüĢ. Mayıs 1976‘de merkezi barajdan 22 km mesafede, büyüklüğü 6.5 olan Friuli Depremi
vuku bulmuĢ. Depremde ölü sayısı 965, yaralı 2286 ve maddi hasar 2.8 milyar US $. Baraj
yerinde ölçülen maksimum yer ivmesi 0.33 g. Ambiesta Barajı bu depremden hiçbir hasar
görmedi.
Depremin etkilediği alanda 13 tane daha beton kemer baraj bulunuyordu. Hiç biri hasar görmedi.
Bunların arasında 50 m yüksekliğinde Barcis ve her ikisi de 136 m yüksekliğinde Lumiei ve
Maina di Sauris Ġnce Kemer Barajları da var. Depremin merkezi Maina di Sauris Barajına 43 km
mesafede idi.
Honenike Barajı – Japonya: 32.1 m yüksekliğinde Çoklu Kemer Baraj. Aralık 1946 yılında
merkezi 50 km mesafede, büyüklüğü 8.0 olan Nankai Depremine mâruz kalmıĢ. Kemerlerden
birinde payandaya yakın bir yerde büyücek bir çatlak oluĢmuĢ ve bu çatlak depremden sonra
enjeksiyonla kapatılmıĢtır.
Önemli deprem kuvvetlerine mâruz kalan Kemer Barajlar arasında A.B.D. Santa Anita (1927,
H=69m) ve Big Tujunga (1931, H=63m), Zambia‘da Kariba (1959, H=128m) (Fotoğraf 6),
Fransa‘da Monteynard (1962, H=155m) ve Grandval (1959, H=88m), Japonya‘da Kurobe (1956,
H=186m) gibi barajlar vardır. Bunlara tesir eden depremlerin büyüklükleri 4.9 ile 6.6 arasında
olup, merkezleri barajlara 50 km‘den yakındı. Hiç birisinde herhangi bir hasar görülmedi.
Nisan 2010‘da Çin‘in Tibet hududuna yakın bir bölgesinde 7.1 büyüklüğünde Yushu Depremi
vuku buldu. Depremin etkilediği alanda, 7 tanesi 100 m‘den yüksek, 45 adet baraj vardı. Hiç biri
yıkılmadı. Sadece 4 küçük barajda bazı hasarlar görüldü. ĠnĢa halinde olan 250 m
yüksekliğindeki Laxiwa Ġnce Kemer Barajında hiçbir hasar görülmedi(18).
Mart 2011‘de Japonya‘nın Kuzey-Doğusunda meydana gelen 9 büyüklüğündeki Tohoku
depreminden sonra, bölgedeki 400 baraj incelendi. 30-35 m yüksekliğinde, sulama amaçlı üç
toprak dolgu barajın kretinde bazı çatlaklar gözlemlendi. Depremden 20-25 dakika sonra, 18,5 m
yüksekliğindeki toprak dolgu Fujinuma barajının kreti üzerinden su aĢmağa baĢladı ve az sonra
baraj yıkıldı. Barajın inĢaatı 1937‘de baĢlamıĢ, harp yıllarında ara verilmiĢ, nihayet savaĢtan
sonra 1949‘da tamamlanmıĢtır. Baraj temeline gelen PGA‘nın 0,2 ile 0,7 g arasında olduğu
tahmin ediliyor. (Baraj gövdesine yerleĢtirilmiĢ cihaz filân yok.) (19)
4.DEPREME DAYANIKLI BARAJ TASARIMI
Deprem bölgelerinde inĢa edilecek her türlü barajda deprem risk analizleri doğru olarak
yapılmalı ve sonuçlar makûl bir Ģekilde değerlendirilmeli.
4.1.Dolgu Barajlar
Baraj temelinde sıvılaĢma riski önlenmeli. Barajın altında koheziyonsuz gevĢek malzeme
bırakılmamalı, bırakılırsa iyileĢtirilmeli.
897
Baraj gövdesinde sıvılaĢma riski önlenmeli. Deprem esnasında aĢırı boĢluk suyu basıncı
oluĢturacak malzemeler geçirimsiz çekirdeğin menbaında veya su tablasının altında
kullanılmamalı.
Baraj gövdesini teĢkil eden her türlü dolgu çok iyi sıkıĢtırılmalı.
Depremden sonra çekirdekle yamaç arasında geçirimsiz teması korumak ve dolgu malzemesinin
aĢırı oturmalarını önlemek amacıyla, yüksek barajların geçirimsiz çekirdek altında kalan temel
yüzeyi, barajın son 30 m‘lik üst kısmında yamaca doğru hafifce yükselmeli veya enazından tam
yatay olmalı.
Geçirimsiz çekirdeğin altında kalan temel yüzeyi düzgün olmalı, keskin girintiler, çıkıntılar
olmamalı.
Kum-Çakıl ve Homojen Toprak Dolgu baraj gövdelerinde yüksek kapasiteli dahilî drenaj
bulunmalı.
Çatlaklı temel kayasının üzerine filtre ve transisyon tabakaları yapılmalı. Böylece deprem
sonucu o çatlaklar açılırsa, gövde malzemesinin çatlaklara kaçarak borulanma (piping) riski
önlenmiĢ olur.
Filtre ve transisyon tabakaları ve baca drenleri normalden daha geniĢ yapılmalı.
Filtre ve transisyon tabakalarının granülometrileri, kil çekirdekte deprem etkisiyle oluĢacak
çatlakları tâmir edecek nitelikte seçilmeli.
Çekirdek tabanının geniĢliği yamaçların üst kısımlarında artırılmalı. Böylece depremden dolayı
yamaçlarda çatlaklar oluĢursa, o çatlaklardan kaçacak suyun akım boyu uzatılmıĢ olur.
Kil çekirdekte kullanılan malzeme mümkün mertebe plastik olmalı, gevrek (brittle) olmamalı.
Havapayı normalden büyük tutulmalı.
Kret geniĢliği normalden büyük olmalı.
4.2.Beton Kemer Barajlar
Baraj geometrisini düzgün ve muntazam (regular and smooth) tutmak.
Temele devamlı olarak basınç gerilmeleri gelmesini sağlamak.
Yüksek titreĢimli depremlerde aĢırı çarpılmayı (distortion) önlemek amacıyla, kret uzunluğunun
baraj yüksekliğine oranını sınırlamak.
Büzülme derzlerinin birbirine münasip bir Ģekilde kilitlenmesini (interlocking) sağlamak.
Baraj temelini oluĢturan yamaç kayalarını sağlamlaĢtırmak.
Yeni beton tabakasını dökmeden önce, eski beton yüzünü uygun bir Ģekilde hazırlayarak, beton
tabakalarının birbirine yapıĢmasını (bonding) ve böylece çekme mukavemetini maksimize
etmek.
Kret geniĢliğini artırmak.
Barajın yüksek kısımlarında kütleyi minimize etmek.
898
4.3.Beton Ağırlık Barajları
Hidratasyon ısısı yüzünden oluĢacak
etmek için gerekli tedbirleri almak.
çekme
gerilmelerini
ve
çatlakları
minimize
Baraj gövdesinde iyi bir drenaj sistemi inĢa etmek ve onu devamlı iĢler halde tutmak.
Beton tabakalarının dökülürken birbirine iyi yapıĢmasını (bonding) sağlayarak, çekme
mukavemetini maksimize etmek.
Büzülme derzlerini kamalarla (shear keys) birbirine bağlamak.
Baraj gövdesinde yerel gerilme yığılmalarına (stress concentrations) sebep olacak kırıklık,
kesiklik ve süreksizliklerden kaçınmak.
Kret geniĢliğini artırmak.
KAYNAKLAR
1. Herece,E.ve Akay, E.(2003):―Kuzey Anadolu Fayı Atlası‖, Maden Tetkik ve Arama Gen. Md.
2. Herece, E. (2008): ―Doğu Anadolu Fayı Atlası‖, Maden Tetkik ve Arama Gen. Md.
3. Hanks, T. C. and Kamamori, H. (1979): ―A Moment Magnitude Scale‖. Journal of
Geophysical Research
4. Kamamori, H. (1983): ―Magnitude Scale and Quantification of Earthquakes‖. Tectonophysics.
5. Bonilla, M. G., Mark, R. K. and Lienkaemper, J. J. (1984): ―Statistical Relations among
Earthquake Magnitude, Surface Rupture Length and Surface Fault Displacement‖. Bulletin of
the Seismological Society of America.
6. Slemmons, D. B., Bodin, P. and Zhang, X. (1989): ―Determination of Earthquake Size from
Surface Faulting Events‖. Proceedings of the International Seminar on Seismic Zonation,
Guangzhou, China.
7. Wells, D. L. and Coppersmith, K. J. (1994): ―New Empirical Relationships among
Magnitude, Rupture Length, Rupture Width, Rupture Area and Surface Displacement‖. Bulletin
of the Seismological Society of America.
8. Hanks, T. C. and Bakun, W. H. (2002): ―A Bilinear Source-Scaling Model for M – logA
Observations of Continental Earthquakes.‖ Bulletin of the Seismological Society of America.
9. Varlet, H. (1966): ―Barrages – Réservoirs‖, Tome 1. Editions Eyrolles, Paris, France.
10. ICOLD (2001): ―Design Features of Dams to Resist Seismic Ground Motion – Guidelines
and Case Studies‖. Bulletin 120. Committee on Seismic Aspects of Dam Design. Paris, France.
Mars.
11. Astete, J., San Martin, L and Alvarez, L. (1992): The Santa Juana CFRD for Irrigation in
Northern Chile‖. Water Power and Dam Construction, April 1992.
899
12. Noguera, G., Pinilla, L. and San Martin, L. (2000): ―CFRD Constructed on Deep Alluvium‖.
J. Barry Cooke Volume. Symposium on Concrete-Face Rockfill Dams. Beijing, China.
13. Zeping, X. (2009): ―Performance of the Zipingpu CFRD during the Wenchuan Earthquake‖.
The International Journal of Hydropower and Dams, Vol. 16, Issue 3.
14. Sherard, J. L. and Cooke, J. B. (1987): ―Concrete-face Rockfill Dam, I. Assessment, II.
Design‖. Journal of the Geotechnical Engineering Division, A.S.C.E. Vol. 113, No. GT 10,
October.
15. Noguera, G. (2010): ―The Performance of Dams during the Cauquenes (Chile) Earthquake.
The Ġnternational Journal of Hydropower and Dams, Vol 17, Issue 3.
16. Swaisgood, J. R. (2003): ―Embankment Dam Deformations Caused by Earthquakes‖. Pacific
Conference on Earthquake Engineering.
17. Jansen, R. (1988): ―Advanced Dam Engineering for Design, Construction and
Rehabilitation‖. Van Nostrand Reinhold, New York, U.S.A.
18. CHINCOLD (2010): ―Yushu Earthquake in China and its Impact on Dam Safety‖. The
International Journal of Hydropower and Dams, Vol. 17, Issue 3.
19. The International Journal of Hydropower and Dams (2011), Volume 18, Issue 3.
20. Bayındırlık ve Ġskân Bakanlığı (2007): ―Deprem Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında
Yönetmelik‖.
NOT 1: Son olarak ilâve etmek gerekir ki, 2007 Deprem Yönetmeliği iyi bir çalıĢmadır,
ülkemizdeki bina inĢaatları için faydalıdır, ancak barajlara kabil-i tatbik değildir. Böyle olduğu
Yönetmeliğin 7. sayfasında açıkca yazılıdır (20).
Bu Yönetmeliğin bir eksiğine iĢaret etmek gerekirse, Deterministik Yöntemden hiç bahsetmediği
söylenebilir. Yönetmeliğin aĢağıda verilen tablosunda önemli binaların can güvenliği açısından
Probabilistik Metodla 2475 yıllık bir tekerrür aralığı kullanılarak hesaplanması Ģart koĢulmuĢtur.
Bizim raporumuzda izah edildiği gibi bu yanlıĢtır. Türkiye‘nin farklı bölgelerinde farklı sonuçlar
doğurur. Belki Konya‘da, Karaman‘da doğru olur ama Erzincan‘da, Ġzmit‘te, Ġstanbul‘da aĢırı
emniyetli ve pahalı çözümlere götürür.
Slemmons grafiği bir fayın atım hızına dayanarak, o faydan kaynaklanacak depremlerin çeĢitli
tekerrür periyodlarına karĢı gelen maksimum büyüklüklerini tahmin etmek için verilmiĢtir (..).
Slemmons Grafiğine göre, tekerrür periyodunu 2475 yıl alarak Olasılık Yöntemiyle yapılacak bir
hesap Kuzey Anadolu Fayına yakın yerlerde 9.7–9.8, Doğu Anadolu Fayına yakın mahallerde
9.0-9.1 büyüklüğünde depremler verir. Bunlar KAF‘ın üretebileceği Ġnanılır Enbüyük 8.0 ve
DAF‘ın üretebileceği 7.5 Magnitüdlerinden yaklaĢık 50-60 kat büyük depremlerdir. Bu
bölgelerdeki yapıları bu inanılır olmayan, aĢırı büyük depremlere göre tasarımlamak akıl kârı
olmaz.
2007 Deprem Yönetmeliğindeki bu hata, Probabilistik Metod yerine Deterministik Yöntemi
ikame etmekle düzeltilebilir.
900
ġekil 9. Slemmons grafiği.
NOT 2: 1997 yılında Âfet ĠĢleri Genel Müdürlüğü, Deprem AraĢtırma Dairesi tarafından
yayınlanan Türkiye Deprem Bölgeleri Haritası Probabilistik Yöntemle, 475 yıllık bir tekerrür
periyodu kullanılarak hazırlanmıĢtır. Bu maalesef doğru bir yaklaĢım olmamıĢtır. Deprem
Haritası Deterministik Yöntemle yeniden yapılmalıdır.
901
BARAJ HAVZALARINDA YANGIN SONRASINDA OLUġABĠLECEK VE
TAġINABĠLECEK KÜL MĠKTARLARININ BELĠRLENMESĠ VE
OLUġTURABĠLECEĞĠ ETKĠLER
Salih PARLAK
[email protected]
ÖZET
Ġnsan yaĢamı için ormanların en büyük fonksiyonlarından biri su üretim fonksiyonudur. Fakat bu
fonksiyonu çoğu zaman göz ardı edilir ve değeri bilinmez. Oysa yağıĢ rejimlerinin
düzenlenmesinden afetlerin önlenmesine, su kaynaklarının düzenlenmesinden, temiz ve maliyeti
düĢük su üretimine katkı sunmasına ve barajların ekonomik ömrünü doğrudan etkilemesine
kadar tüm süreçte yer almasına rağmen ormanların bu fonksiyonuna yeterince önem verildiği
söylenemez.
Suyun yağıĢ olarak yeryüzüne düĢmesi ve barajlarda toplanması arasındaki bütün kademelerinde
ormanların su üretim fonksiyonu devreye girer. Bugün sadece evlerde kullanılan kaynak
sularının ülke ekonomisine katkısı ve ekonomik değeri hesaplanmaya kalkıĢılsa karĢımıza büyük
rakamların çıkacağı söylenebilir. ĠĢte bu ormanların bir üretim fonksiyonu sonucu oluĢan ve
ölçülemeyen değeridir ki çoğu zaman ormanların böyle bir değer oluĢturduğunun farkında bile
olunmaz.
Bu çalıĢmada ormanların su üretimine katkısı ve su toplama havzasında oluĢabilecek bir yangın
sonrası baraj havzasının nasıl etkileneceği, oluĢabilecek kimyasal ve fiziksel kirlenmenin
boyutları ve alınabilecek önlemler açıklanmaya çalıĢılmıĢtır.
Anahtar Kelimeler: Orman yangınları, içme suyu barajları, yangın etkileri.
DETERMINING THE AMOUNTS OF ASH TO BE OCCURRED AND TRANSPORTED
AFTER FOREST FIRE AND POSSIBLE EFFECTS IN THE DAM WATERSHEDS
ABSTRACT
For human life one of the major functions of forests is water production. But most of the time
this function is ignored and not appreciated. Although it takes place in all processes from
regulation of rainfall regimes to prevention of floods, contribution to clean and cheap water
production and direct influence on economic life of dams, It can not be said that these functions
of forests are sufficiently regarded.
Water production function of the forests takes place in all phases between precipitation and
accumulation in dams. It could be said that we can face huge numbers in an attempt of
903
calculation of contribution to economic life of country and economic value of spring waters.
That is a result of a unmeasurable production function of forests, generally people does not
realize that forests form such an asset.
In this study it is tried to explain contribution of forests to water production and how affected a
watershed of a dam after a wild fire, extent of possible chemical and physical pollution and
measurements.
Keywords: Forest fire, drinking water dams, fire effects.
1.GĠRĠġ
Su, insanlık için hayati önem taĢıyan doğal bir kaynaktır. Bugün dünyanın ¾ lük kısmı temiz
içme suyuna ulaĢamamaktadır. Ülkemiz zannedildiği gibi su zengini bir ülke değil, aksine
kaynakların verimli kullanılmadığı ve iĢletilmediği sürece zamanla su sıkıntısı çeken bir ülke
olacaktır. Bu su kaynaklarının toplanması, kullanım ve yönetiminde yapılan büyük tesisler
barajlardır. Fakat bu yapıların da ömürleri sınırlıdır ve verimli kullanılabilmeleri için ömürlerini
kısaltan etmenlerin mümkün olduğu kadar ortadan kaldırılması veya asgari düzeye indirilmesi
gerekir. Bu bağlamda öncelikle barajın dolmasının önlenmesi için erozyonu oluĢturan faktörlerin
azaltılması, özellikle içme suyu amaçla inĢa edilenlerin kirletici unsurlardan korunması ve suyun
en az temizleme maliyeti ile tüketiciye sunulması gerekir.
Bir insanın yaĢamını sürdürebilmesi için asgari düzeyde gerekli olan temiz su ihtiyacı günde 20
litredir Bilen 2009. Ülkemizde kiĢi baĢına düĢen su miktarı ise 3600 m3/yıl/kiĢi, kiĢi baĢına
düĢen kullanılabilir su miktarı ise 1700 m3/yıl/kiĢi civarındadır. Bir ülkenin su zengini
sayılabilmesi için kiĢi baĢına yılda 10000 m3 su düĢmelidir. Bu bakımdan ülkemiz dünya
standartları açısından su fakiridir. Yer altı sularıyla birlikte ülkemizin toplam yenilebilir su
potansiyeli brüt 234 milyar m3 olarak hesaplanmıĢtır ġen, 2003. KiĢi baĢı yıllık su tüketiminin
1000 m3 ün altına inmesi durumunda ekonomik kalkınma ve refahı tehdit edeceği ve sağlık
sorunları oluĢturacağı kabul edilmektedir. Bilen, 2009
Ormanların diğer üretim fonksiyonlarının yanında su üretim fonksiyonu da olup barajların
ömrünü doğrudan etkiler niteliktedir. Bu nedenle gerek erozyonun önlenmesinde gerekse
kirletici unsurların minimize edilebilmesinde ormanların çok büyük fonksiyonu bulunmaktadır.
Üretilecek suyun kalite ve kantitesini etkileyerek üretim maliyetlerine doğrudan etkilemektedir.
Bu nedenle baraj havzasındaki ormanların alansal dağılımlarının çok iyi planlanması,
yönetilmesi ve iĢletilmeleri ve su üretimini optimize edecek müdahalelerin yapılması gerekir.
2.GENEL DURUM
2.1.Ülkemizin Su Durumu Ve Tüketim
Türkiye‘de yıllık ortalama yağıĢ yaklaĢık 643 mm olup, yılda ortalama 501 milyar m3 suya
tekabül etmektedir. Ülkemizin brüt yerüstü suyu potansiyeli 193 milyar m 3 tür. Ancak, günümüz
teknik ve ekonomik Ģartları çerçevesinde, çeĢitli amaçlara yönelik olarak tüketilebilecek yerüstü
suyu potansiyeli yılda ortalama toplam 98 milyar m3‘tür. 14 milyar m3 olarak belirlenen yeraltı
suyu potansiyeli ile birlikte ülkemizin tüketilebilir yerüstü ve yeraltı su potansiyeli yılda
ortalama toplam 112 milyar m3 olmaktadır Anonim 1.
904
KiĢi baĢına düĢen yıllık kullanılabilir su miktarı 1 600 m3 dür. KiĢi baĢına 5 000 m³ ve fazla su
potansiyeli olan bir ülke ―su zengini‖ olarak kabul edilir. 2023 yılı için nüfusumuzun 100 milyon
olacağı öngörülmüĢtür. Bu durumda 2023 yılı için kiĢi baĢına düĢen kullanılabilir su miktarının 1
125 m3/yıl civarında olacağı söylenebilir. Mevcut büyüme hızı, su tüketim alıĢkanlıklarının
değiĢmesi gibi faktörlerin etkisi ile su kaynakları üzerine olabilecek baskıları tahmin etmek
mümkündür. Ayrıca tüm bu tahminler mevcut kaynakların hiç tahrip edilmeden aktarılması
durumunda söz konusu olabilecektir. Dolayısıyla Türkiye‘nin gelecek nesillerine sağlıklı ve
yeterli su bırakabilmesi için kaynakların çok iyi korunup, akılcı kullanması gerekmektedir
Anonim 1.
2.2.Orman Yangınları
Orman yangınları ülkemizin bir gerçeğidir ve her yıl binlerce hektar orman alanımız yangınlar
sonucu tahrip olmaktadır. Diğer unsurların yanında ormanı en çok tahrip eden faktör BaĢ, 1977
yangındır. Ormanı oluĢturan ağaç türlerinin yangının çıkmasında ve seyrindeki etkisi
tartıĢılmazdır.
Özelikle Ege ve Akdeniz orman ekosistemleri yangına karĢı son derece hassas ekosistemlerdir.
Kızılçam, bölgemizde ve ilimizde geniĢ yayılıĢ gösteren bir ağaç türümüzdür. Yaz aylarında
düĢük nem Ģartları altında uzun bir kurak dönem mevcut olup yangın riskini artırmaktadır. Bu
dönemde ormanlarımız hem diri örtüde hem de ölü örtüde sıcaklık yükselmesi ve nem kaybından
dolayı yangına hassas hale gelmektedir. NeyiĢçi 1987‘ye göre iklim ve topografya Ģartlarından
dolayı kızılçam orman ekosistemlerinin yanma olasılığı hayli yükselmektedir. Küçükosmanoğlu,
1990‘da ülkemiz ormanlarının % 60 ı yangın riski altında ve büyük orman yangınlarının % 49
unu kızılçamın oluĢturduğunu ve yangının çıkması ve geliĢimini etkileyen tüm faktörler arasında
en önemlisinin yanıcı madde olduğunu bildirmektedir.
Ormanda yangın tehlikesinin azaltılması için yol ve Ģeritlerle parçalara ayrılması büyük önem
arzeder. BölünmemiĢ bir ormanda yangın tehlikesi bu orman alanının karesi ile orantılı olarak
arttığını, buna karĢılık ne kadar küçük parçalara bölünürse yangın tehlikesinin de o oranda
azalacağı vurgulanmaktadır. Birinci derecede yangına hassas yerlerde emniyet yolarlının 15-25
ha, emniyet Ģeritlerinin ise 200-300 hektar alanı bölecek Ģekilde planlaması yapılmalıdır BaĢ,
1977; Küçükosmanoğlu, 1990. Yangın mahalline geç gelinmesi halinde ısının Ģiddetini
azaltmanın ya da ortadan kaldırmanın çok güç olduğu ifade edilmektedir Çanakçıoğlu (1970.
Baraj havzasındaki orman alanlarında üretim yapılmayıp, su üretim fonksiyonuna ayrılmıĢ
durumdadır. Bu nedenle ormanlar sürekli olarak yaĢlanmakta ve ölü örtü birikimleri artmaktadır.
Bu nedenle potansiyel yangın tehlikesi daha fazladır. Bu riski azaltabilmek içim normal üretim
ormanlarından daha entansif bir savunma sistemi ve en kısa sürede yangına müdahale edebilecek
Ģekilde orman yolu, yangın yol ve emniyet Ģeritleri oluĢturulmalıdır. YerleĢim yerlerine yakın ve
tarım alanlarıyla iç içe geçmiĢ baraj havzalarında yangın riski artmaktadır. Yangınların
çıkmasındaki insan faktörünün ağırlığı göz önüne alındığında baraj havzası veya kenarından
geçen yolların yaz aylarında yoğun bir Ģekilde kullanımı yangın tehlikesini artırmaktadır.
Nitekim AkkaĢ vd 2008 de büyük orman yangınları konusunda yaptıkları çalıĢmalarında
ülkemizde büyük orman yangınlarının % 77,20‘sinin Temmuz-Ağustos aylarında meydana
geldiğini belirlemiĢtir. Örneğin Ġzmir Tahtalı Barajının 7 km kuzeyinde çıkan büyük orman
yangınının saatte 5,14 km hızla ilerlediğini belirlemiĢlerdir.
905
2.3.Yangın Külünün OluĢturabileceği Etkiler
Yangından sonra gerek canlı biyokütlenin gerekse uzun yılardır toprak üzerinde birikmiĢ olan
ölü örtü ve organik maddenin yanması sonucunda büyük miktarlarda mineral madde (kül) oluĢur
ve yangından sonra akıĢa geçen su ile baraj gölüne taĢınır. TaĢınan bu kül miktarına göre barajın
ömrünün kısalması muhakkaktır. Ayrıca kül mineral madde olduğundan, içme suyu amacıyla
kullanılan barajın su kalitesini bozacak ve kimyasal kirlenmeye sebep olacaktır. Yangın külü
içerisinde bulunan farklı elementlerin suya karıĢması ve çözünmesi neticesinde suyun kimyasal
yapısı değiĢecek ve içilebilir özelliğini yitirebilecektir.
Ayrıca külün partikül büyüklüğü çok küçük olduğundan suda süspansiyon halde kalacak,
çökelmesi çok üzün sürecek ve baraj gölünün sürekli bulanık hale gelmesine neden olacaktır. Bu
durumda sudaki çözelti ve süspansiyon halde bulunan maddelerin temizlenmesi güçleĢecek ve
temizleme maliyetleri artacaktır. Ġnce partiküllü olduğundan külün sudan temizlenmesi çökeltme
ile çok uzun zaman alacak, temizleme makine ve ekipmanlarının ve filtrelerinin daha kısa
ömürlü olmasına neden olacaktır. Bu surette üretilen kaliteli içme suyu miktarı azaldığı gibi
birim maliyetler de artacaktır.
Yangın külünün oluĢturacağı etkilerin yanında, yangından sonra orman örtüsü yok olduğundan
baraj havzasındaki erozyon artacak ve taĢınan materyal baraj ömrünün kısalmasına neden
olacaktır. Ayrıca havzadaki ekosistemin yeniden kurulması ve eski haline getirilmesi uzun yıllar
alacağı gibi çok yüksek meblağlarda harcama yapmayı da zorunlu kılacaktır.
Yangından sonra toprağın fiziksel ve kimyasal yapısı dolayısıyla geçirgenliği değiĢmektedir. Bu
nedenle çıplak kalan toprak yüzeyi hem yağmur damlalarının etkisiyle hem de akıĢa geçen su
nedeniyle kısa sürede taĢınmaya baĢlar. Bu taĢınma toprağın tekstürüne göre de değiĢir. Kil gibi
sızma değeri çok düĢük ġen, 2003 topraklarda su çok daha hızlı akıĢa geçerek taĢınmanın
Ģiddeti artar.
TaĢınan sediment enerjisinin düĢtüğü alt kısımlarda toplanmaktadır. Mühendislik hidrolojisi
bakımından barajlarda önemli olan taĢınan katı maddenin çökelmesi ve zamanla biriktirme
haznesinin yararlanılamaz hale gelmesidir. Bu nedenle ĠnĢa edilecek barajlarda bu çökelmenin
yıllık miktarının belirlenmesi gerekir ġen, 2003.
Sürüklenen maddenin ağırlık veya hacim olarak % 50-90‘ı askı halindedir ve bunlar en verimli
tarım topraklarından kopan parçalardır Benzer Ģekilde volkanın püskürttüğü kül yığılarak ilk
Ģiddetli yağıĢta çamur olarak akıntıya geçmektedir ġen, 2009; ġen, 2003.
3.1.Materyal
ÇalıĢmada kullanılan materyaller 1/25.000‘ lik haritalar, meĢcere haritaları ve ilgili literatür
kaynaklarıdır.
3.2.Yöntem
Ormanda mevcut biyokütle miktarı kapalılığa ve geliĢme çağlarına göre farklılık göstermektedir.
Bu nedenle su toplama havzasında yangın sonrasında oluĢabilecek kül miktarlarının
hesaplanabilmesi için meĢcere geliĢme çağları ve kapalılıklarının belirlenmesinde meĢcere
906
haritaları kullanılmıĢ ve yanıcı miktarları ve yanma sonucu oluĢabilecek kül miktarlarının
hesaplamaları yapılmıĢtır.
Ġnce dalların % 70‘inin, ölü örtü ve ibre yaprakların ise % 90‘ının yanarak mineral maddeye
dönüĢtüğü varsayılarak geliĢme çağlarına göre hektarda bulunan biyokütlenin oranları tekrar
hesaplanmıĢtır.Hava kurusu ağırlıklar, fırın kurusu ağırlıkların % 15 artırılması suretiyle
enterpole edilerek bulunmuĢtur Sun ve ark. 1980.
Gövde ve kalın dallar yanmadan kaldığından oluĢan kül miktarları ve kabukların yanması sonucu
oluĢan kül miktarları hesaplamalara dâhil edilmemiĢtir.
GeliĢme çağlarına göre ölü örtü miktarlarının bir önceki geliĢme çağının iki katı olarak kabul
edilip enterpole edilmesi suretiyle belirlenmiĢtir. Bozuk kızılçam meĢcerelerinin (Bçz) yanması
sonucu oluĢabilecek kül miktarı 300 Kg/Ha kabul edilmiĢtir.
4.BULGULAR
4.1.Canlı Biyokütle Miktarı
Hem ölü örtü, hem de ağaç üzerindeki yaprak kitlesinin yanma esnasında hava kurusu nem
muhteviyatına düĢeceğinden hareketle, yanıcı maddenin miktarının hesaplanmasında fırın kurusu
yerine hava kurusu ağırlık miktarları dikkate alınmıĢtır [Tablo 1].
Tablo 1. GeliĢme çağlarına göre dal ve ibrelerin hava ve fırın kurusu ağırlıkları (Sun ve ark.
1980).
Fırın Kurusu Ağırlıklar
Hava Kurusu ağırlıklar
MeĢcere çağı /d 1.30
Dal
Ġbre (Ton/Ha)
Dal (Ton/Ha)
Ġbre (Ton/Ha)
çapı
(Ton/Ha)
(a) geliĢme çağı
5.36
1.55
6.164
1.78
5-8 cm.
(b) geliĢme çağı
10.35
2.30
11.90
2.64
9-20 cm.
(c) geliĢme çağı
18.02
3.12
20.72
3.58
21-36 cm.
(d) geliĢme çağı
26.0
3.86
29.9
4.43
37-52 cm.
(e) geliĢme çağı
33.91
4.50
38.99
5.17
> 52 cm.
4.2.Ölü Örtü Biyokütle Miktarı
Ormanın oluĢturduğu yeĢil biyokütlenin yanında, yaprakların ve dalların dökülmesi ve birikmesi
sonucu oluĢan ve yangın esnasında yanıcı özellik gösteren ölü örtü miktarı ve kalınlığı da büyük
önem arzetmektedir. Ormanın farklı geliĢme çağlarına bağlı olarak yangın tipini de
etkileyebilmektedir. Çok yaĢlı ormanlarda sadece ağaç tepelerinin yanması sonucu oluĢan tepe
yangınları yanında, biriken ölü örtünün yanması Ģeklinde olan örtü yangınları da meydana
gelmektedir ve oluĢacak kül miktarının hesaplanmasında göz önünde tutulmalıdır.
OluĢacak ölü örtünün miktarı da bakıya, yükseltiye, geliĢme çağına ve kapalılığa göre farklılık
gösterecektir. Bakı farkı gözetmeksizin hektarda ortalama ölü örtü miktarı 16 402 kg
907
bulunmuĢtur Çepel ve Tekerek, 1980. Doğaldır ki genç meĢcerelerde ölü örtü miktarı daha
azdır.
Tablo 2. GeliĢme çağlarına göre olabilecek ölü örtü miktarları (Kg/Ha) (Çepel ve Tekerek,
(1980)‘den enterpole ile hesaplanmıĢtır)
MeĢcere çağı
a
b
c
d
Ölü örtü miktarı (Kg/Ha)
2050
4100
8201
16402
4.3.Baraj Havzasında Yangın Sonrasında OluĢacak Mineral Madde (kül) Miktarlarının
Belirlenmesi
Yangında ağaçların tüm kısımları yanmamakta, özellikle kolay tutuĢan ve yanan yapraklar, ince
dallar ve kalın dalların uç kısımları kolay yanmaktadır. Yaprakların ve ince dalların neredeyse
tamamına yakını yanar. Aynı Ģekilde ölü örtüde bulunan ibre ve dal döküntüleri ile daha önceden
humuslaĢan toprağın büyük kısmı yanarak kül haline gelir [Resim 1].
Resim 1. Yanan orman alanının görünümü
908
Yangından sonra oluĢabilecek kül miktarları kuru olarak 1000 kg itibarı ile Ģu Ģekildedir [Tablo
3].
Tablo 3. Çamlarda ince dalların ve yaprakların yanması sonucu oluĢan kül miktarları Berker,
1945‘e göre)
Ağaç cinsi
Yapraklar (%)
Ġnce Dal Odunu (%)
Ortalama kg/ton
Çam
0,19
0,12
15
Ölü örtü muhteviyatının yarı yarıya yaprak ve ince dal döküntüsü olduğu kabul edilmiĢtir. Buna
göre 1000 kg itibarıyla ölü örtünün kül oranı ortalama % 0,15 tir. (15 kg).
4.3.1.Ölü örtü yanması sonucu oluĢan kül miktarı
MeĢcere çağına göre ölü örtünün yanması sonucu oluĢacak kül miktarları Ģu Ģekilde
bulunmuĢtur: hektarda bulunan ölü örtü miktarı ile 1 ton ölü örtünün yanması sonucu oluĢacak
kül miktarı (15 Kg) ile çarpılmıĢtır [Tablo 4].
Tablo 4. MeĢcere çağlarına göre yanan ölü örtünün oluĢturduğu kül miktarı (Berker, (1945)‘ten
enterpole ile bulunmuĢtur).
MeĢcere çağı
a
b
c
d
e
Ölü örtü miktarı OluĢan kül miktarı
(Ton/Ha)
(15 kg/ton)
2.050
4.100
8.201
16.402
32.804
Yanma sonucu oluĢacak kül
miktarı (Kg/Ha)
30.8
61.5
123.0
246.0
492.06
4.3.2.Dikili ağaçlarda yaprak ve ince dalların yanması sonucu oluĢan kül miktarları
Hektardaki kül miktarları bulmak için hesaplamada; ince dallar ton baĢına 12 kg, yapraklar ise
ton baĢına 19 kg kül oluĢturduğundan hareketle bu katsayılar esas alınmıĢtır [Tablo 5].
909
Tablo 5. GeliĢme çağlarına göre oluĢan kül miktarları
ĠNCE DALLAR
MeĢcere
çağı
910
(a) geliĢme
çağı
d1.3 çapı 58 cm.
(b) geliĢme
çağı
d1.3 çapı 920 cm.
(c) geliĢme
çağı
d1.3
çapı
21-36 cm.
(d) geliĢme
çağı
d1.3
çapı
37-52 cm.
(e) geliĢme
çağı
d1.3 çapı >
52 cm.
TOPLAM KÜL MĠKTARI
(A+B)
YAPRAKLAR
Dal
(Ton/Ha)
Dalların % 70
i yanık
(ton/ha)
Kül miktarı
(Kg/Ha) (A)
Ġbre (Ton/Ha)
Ġbrelerin % 90 ı
yanık (Ton/Ha)
Kül miktarı
(Kg/Ha) (B)
(Kg/Ha)(
6.164
4.31
51.72
1.78
1.60
30.4
82.12
11.90
8.33
99.96
2.64
2.38
45.22
145.18
20.72
14.5
174.0
3.58
3.22
61.18
234.18
29.9
20.9
250.8
4.43
3.99
75.81
326.61
38.99
27.3
327.6
5.17
4.65
88.35
415.95
4.3.3.OluĢan toplam kül miktarı
Yangından sonra oluĢacak toplam kül miktarı (Ölü örtü+yaprak ve ince dal biyokütlesi)
Tablo 6. Bir hektardaki ölü örtü ve diğer biyokütlenin yanması sonucu oluĢan kül miktarları
MeĢcere çağı
a
b
c
d
e
Ölü Örtü külü
(Kg/Ha)
30.8
61.5
123.0
246.0
492.06
Yaprak ve ince dal biyokütle
külü (Kg/Ha)
82.12
145.18
234.18
326.61
415.95
TOPLAM
(Kg/Ha)
112.92
206.68
357.18
572.61
908.01
MeĢcere geliĢme çağlarına göre oluĢan diri örtünün ve canlı biyokütlenin ince dal ve yaprak
ihtiva edenlerin belli oranlarının yanması sonucu oluĢacak kül miktarları tablo 6‘da verilmiĢtir.
Baraj havzasındaki meĢcerelerin geliĢme çağları ve kapalılıklarına göre yanan alanda oluĢacak
kül miktarlarının hesaplanması gerekecektir.
5.1.Yangın Sonrası OluĢan Külün Barajlara TaĢınması
Yangından sonra oluĢan kül gerek rüzgârlarla gerekse yağmurlardan sonra akıĢa geçen su ile
baraj gölüne taĢınacaktır. Bu taĢınan miktar yangından sonra oluĢan yağıĢın miktar ve Ģiddetine
bağlı olarak, akıĢa geçen su ile orantılı olacaktır. Toprağın taĢınmasına nispetle, külün su ve
rüzgârla taĢınması daha kolaydır; külün agregatlaĢma özelliği yoktur, çok küçük partiküllüdür,
geç çökelir ve suda uzun süre süspansiyon halde kalır. Bu fiziki özelliklerinden dolayı, toprağa
göre külün su ile taĢınması son derece kolaydır. Yangın sonrasında oluĢacak külün büyük bir
kısmının gölete taĢınması bu bakımdan kaçınılmazdır.
5.2.Alınabilecek Önlemler
Barajlar içme suyu ihtiyacını karĢılayan uzun ömürlü yatırımlardır. Bu nedenle su toplama
havzasının çok iyi yönetilmesi, korunması ve geliĢtirilmesi gerekir. Bu bağlamda öncelikle
yeterli ve kaliteli temiz su üretiminin sağlanması için havza planlamasının yapılması ve bu
üretim fonksiyonu içinde önemli bir görev üstlenen ormanların da korunup geliĢtirilmesi,
özelikle yaz aylarında yangın riskinin minimum düzeyde tutulması ve çok iyi korunması gerekir.
Ekosistemi gereği orman yangını kaçınılmaz olarak her zaman olacaktır. Ancak mümkün olduğu
kadar yanan alan miktarının en aza indirilmesi için çok kısa sürede ve etkili müdahale
yapabilecek tedbirler alınmalıdır. Bu tedbirlerin baĢında ormana ve yangın mahalline kolaylıkla
ulaĢımın sağlanması ve erken müdahalenin yapılması gelmektedir. Özellikle sıcak ve rüzgârlı
havalarda yangın çok kısa sürede büyüyebildiğinden erken müdahale büyük önem taĢımaktadır.
Bunun için de entansif bir Ģekilde yol ağının planlanması ve yapılması gerekir. Ayrıca arazi
eğiminin yangının yayılmasında çok büyük önemi olduğundan bu gibi eğimin fazla olduğu
yerlerde ulaĢım yollarının daha entansif yapılması gerekir. Ormanda planlı bir Ģekilde ulaĢım
yolları yapıldıktan sonra yangın yol ve emniyet Ģeritlerinin de yapılması ve yıllık bakımlarının
aksatılmaması gerekir.
911
Yangının söndürülmesinde müdahale süresi çok önemlidir. Bu nedenle çıkan yangına en kısa
sürede müdahalede bulunabilmek için öncelikle yangın çıkıĢının çok kısa sürede öğrenilmesi
gerekir. Bu nedenle su toplama havzasını en iyi gözetleyebileceği bir noktaya yangın gözetleme
kulesinin yapılması ve faal halde tutulması önemlidir.
Yangın riskini azaltmada seçilecek bitki türleri büyük önem taĢımaktadır. Bu nedenle
oluĢturulacak yol ağının her iki tarafına, ağaçlandırma alanlarında olduğu gibi 8-10 sıralı servi
dikilmesi yangını yavaĢlatma ve durdurmada etkili olacaktır.
Baraj havzasının geçiĢ güzergâhı boyunca sık sık yangın tehlikesi uyarı ve bilgilendirme
levhaları konulmalıdır.
Baraja gelen derelere kademeli olarak akıĢ yönüne dik olarak tesis edilecek canlı çitler hem
rusubat hem de yangından sonra oluĢabilecek külün taĢınmasını büyük oranda azaltacaktır. Baraj
göl alanının bitiminden olmak üzere sık ve boylu çayırlıklarla, 50-100 metre geniĢliğinde,
çepeçevre kuĢak oluĢturulması kirlenmeyi önleyecektir. Bunun için dere içlerinde çok iyi uyum
sağlayan ve materyal taĢınmasını büyük oranda engelleyen vetiver bitkisinin kullanılması
düĢünülebilir.
Baraj havzalarında su toplanmasını ve muhafazasını maksimuma çıkaran fakat akıĢa geçen
rusubatı da en aza indiren özel silvikültürel müdahaleler yapılmalıdır. Ayrıca bu silvikültürel
müdahalelerle yanıcı madde miktarını azaltıcı ve birikmesini önleyici bir orman bakımı sürekli
olarak yapılmalıdır.
Baraj havzalarında ağaçlandırma çalıĢması yapılacak ise su tüketimi düĢük fakat yanmaya karĢı
daha dayanıklı türler tercih edilmelidir.
KAYNAKLAR
1. AkkaĢ M.E.,Bucak C., Boza Z., Eronat H.,BekereciA.,Erkan A.,Cebeci C., 2008 Büyük
Orman Yangınlarının Meteorolojik Veriler IĢığında Ġncelenmesi, Ege Ormancılık AraĢtırma
Müdürlüğü Teknik Bülten Serisi No:
2. Anonim 1. http://www.dsi.gov.tr
3. BaĢ, R., 1977. ―Türkiye‘de Orman Yangınlarının Nedenleri, Zararları ve Yangınlara KarĢı
Alınacak Bazı önlemler‖, Ġstanbul Üniversitesi Orman Fakültesi Dergisi, seri B, Cilt 27, Sayı 2.
52-73.
4. Berker, A., 1945. Silvikültür, Cilt 1, T.C. Ziraat Bakanlığı, Orman Umum Müdürlüğü
Yayınlarından, Yeni Basımevi, Bursa.
5. Bilen, Ö., 2009. Türkiye‘nin Su Gündemi. DSĠ Ġdari ev Mali ĠĢler Dairesi BaĢkanlığı, Ankara.
6. Çanakçıoğlu, H., 1970. Yangın Emniyet Yolları ve Yangın Emniyet ġeritleri, Ġstanbul
Üniversitesi Orman Fakültesi Dergisi, Seri B, Cilt 20, Sayı 1. 122-152.
7. Çepel N., Tekerek, Ö., 1980. ―Antalya Orman Bölge BaĢmüdürlüğü Yöresinde Bazı saf
kızılçam MeĢcerelerinin Ölü Örtü Miktarı Üzerine AraĢtırmalar‖, Ġstanbul Üniversitesi Orman
Fakültesi Dergisi, Seri A, Cilt 30, Sayı 1. 111-128.
912
8. Küçükosmanoğlu, A., 1990. ―Kızılçam-Orman Yangınları ĠliĢkisi‖, Ġstanbul Üniversitesi
Orman Fakültesi dergisi, Cilt 40 seri B, Sayı 4, 67-84.
9. NeyiĢçi, T., 1987. Kızılçam, El kitabı Dizisi, Ormancılık AraĢtırma Enstitüsü Yayınları,
Muhtelif Yayınlar Serisi: 52.
10. Sun, O., Uğurlu, S., Özer, E., 1980. Ormancılık AraĢtırma Enstitüsü yayınları, Teknik Bülten
serisi, No: 104, Ankara.
11. ġen, Z., 20003. Su Bilimi ve Yöntemleri, Su Vakfı Yayınları, Ġstanbul.
12. ġen, Z., 2009. Ġklim DeğiĢikliği Tatlı Su Kaynakları ve Türkiye, Su Vakfı Yayınları,
Ġstanbul.
913
SU VE MÜHENDĠSLĠĞĠ HEDEFLERĠ
[email protected]
1.GĠRĠġ
Toplumların iki önemli gücü var: kültür, teknoloji. Birincisi kimliğimizi oluĢtur. Ġkincisi ise
vatanı korumada en etkin unsurdur. Bu konuĢmamda suya bu iki açıdan bakmak istiyorum.
Su; temiz, kokusuz, tatsız ve renksiz bir sıvı olarak tanımlanabilir. Bu sıvı 0 0C‘de donar ve 100
o
C‘ de kaynar. Aslında su bazen sıvı, bazen katı (buz) bazen de gaz(su buharı) halinde karĢımıza
çıkar. +4 oC‘de suyun yoğunluğu 1,00‘dir. Kimya açısından su molekülü, 2 atom hidrojen ve 1
atom oksijenden oluĢur. Hidrojen ve oksijen yanıcı olmasına rağmen onların oluĢturduğu su ateĢi
söndürücüdür.
Su kelimesi yeryüzünde geniĢ bir coğrafyada asırlar boyunca kullanılmaktadır. Bu kelime
Türkçe, Çince, Moğolca ve Japonca dillerinde ortaktır. Ayrıca Türkiye Türkçesi, Azerice,
Kazakça, Kırgızca, Özbekçe, Tatarca ve Uygurca gibi bütün Türk lehçelerinde bu kelime
ortaktır (Kültür Bakanlığı, 1991). Uzun asırlardan beri dilimizde kullanılan su kelimesi, Doğu
Türkistan‘ın KaĢgar Ģehrinde (1008-1105) doğan KaĢgarlı Mahmud‘un meĢhur Divan-ı Lügat-ı
Türk adlı eserde de geçer (KaĢgarlı, Mahmud, 2007). Türkiye coğrafyasında Göksu, Aksu,
Küçüksu, Karasu, Murat Suyu, Batman Suyu, Çarksuyu gibi pek çok akarsuyun adında su
kelimesi vardır. Türkçede su kelimesi 60‘dan fazla deyimde geçer. (Ayverdi, 2005).
Su bu kadar yaygın kullanılmasına rağmen su mühendisliği yerine ―hidrolik‖ mühendisliği diyen
de olur. Zemin mekaniği ―geoteknik‖ olmuĢ, harita mühendisliği ―jeomatik‖ olmuĢ, haberiniz
olsun. Ark, oluk, akanak, akak, su yatağı, su yolu, mecra kelimelerinin yerine bir tek kanal
kelimesi kullanılır olmuĢ, bilginize sunulur.
Su dünyanın en temel ve vazgeçilemez maddelerinden biridir. Felsefi bir terim olan ve 5.
Yüzyılda ortaya atılan dört unsur (Anasır-ı Erbaa) prensibi, insan ve bütün nesnelerin hava, su,
toprak ve ateĢten oluĢtuğu düĢüncesine dayanır. Bu düĢünce asırlarca temel bilgi olarak
kullanılmıĢtır. Bugün büyük ölçekte kâinata bakıldığında, dünyada üç tabaka göze çarpmaktadır:
1. Hava küre (atmosfer), 2. Su küre (hidrosfer) ve 3, TaĢ küre (litosfer). Buna bir de enerji
kaynağı güneĢ eklenirse dört temel unsurun büyük ölçekte de geçerli olduğunu söyleyebiliriz.
Hidrolojideki su çevrimi suyun, güneĢ enerjisi ile hava ve topraktaki hareketleridir. Havadaki su
buharı yağmur halinde toprağa düĢüp bir kısmı toprak içine sızar, bir kısmı toprak üstünde akar
ve denizlere karıĢır. Toprak ve su yüzeyinden güneĢ enerjisi yardımı ile buharlaĢan su, su buharı
Ģeklinde tekrar havaya karıĢır. Böylece 4 unsurlu çevrim tamamlanır. Saydam olan havadaki su
buharı değiĢimlere uğrayarak saydamlığını kaybeder, sis ve bulut olur, bazen yeniden yeryüzüne
yağmur, kar ve dolu Ģeklinde düĢer. Yeryüzünde su kâh çiğ kâh kırağı Ģeklinde görülür.
Ayrıca suyun havadan indirildiği ve canlılara hayat verdiği bilinmektedir. Bugün fen kitaplarında
su küre (hidrosfer) ile taĢ küre (litosfer) arasına canlı küre de (biyosfer) eklenerek sınıflama
yapılmaktadır. Bugün bütün canlılar ile dört unsur olan hava, su, toprak ve enerji arasında temel
bir denge olduğu anlaĢılmıĢtır. Bütün canlılar, bütün toplumlar, hatta bütün devletler bu dört
unsura muhtaçtır.
915
2.SU VE ĠNSAN
2.1.Su ve Canlılar
BaĢta insanlar olmak üzere canlılar hayatta kalabilmek için vücutlarına su almak zorundadırlar.
Bu kural en küçük canlı için de geçerlidir. Toprağa gelen veya verilen su ile bitkiler canlı
kalabilmektedir. Genel olarak su bütün canlılar için vazgeçilmez bir maddedir ve onun yerine
baĢka bir madde ikame edilemez.
2.2.Su ve Enerji
Yerküre üzerinde hareket eden suyun büyük bir enerjisi vardır. Akarsularda suyun düĢürülmesi
ile enerji elde edileceği gibi denizlerde dalga enerjisi ve gel-git enerjisi elektrik enerjisine
dönüĢtürülerek insanlığın hizmetine sunulmaktadır. Ayrıca jeotermal suların enerjisinden de
çeĢitli Ģekillerde faydalanılmaktadır. Bir de hidrojen enerjisi geleceğin önemli bir seçeneği
olarak değerlendiriliyor.
2.3.Su ve Çevre
Su en büyük temizleyicidir. Yeryüzü su ile temizlendiği gibi insanlar ve diğer canlıların temizliği
de su ile yapılmaktadır. Su kanalizasyon sistemleri ile evlerin sanayinin ve iĢlerinin kirli sularını
uzaklaĢtırmaktadır. Ġnsan vücudunun içi ve dıĢı da zehirlerden, mikroplardan su ile
temizlenmektedir.
2.4.Su ve ġiir
Sudan bahsedip de su Ģiirlerinden hiç bahsetmek olmaz. Bunun için birkaç Ģiirden parçalar
ekleyelim.
13. Yüzyılda Anadolu'da yaĢayan Yunus Emre (1240 – 1321) bir Ģiirinde:
Bir garip öldü diyeler
Üç günden sonra duyalar
Soğuk su ile yuyalar
ġöyle garip bencileyin‖ demiĢtir.
Necip Fazıl Kısakürek‘in dilinden su:
Kâinatta ne varsa suda yaĢadı önce;
Üstümüzden su geçer doğunca ve ölünce.
Su duadır, yakarıĢ, ayna, berraklık, saffet;
Onu madeni gökte altınlar gibi sarfet!
Çoban çeĢmesi - Faruk Nafiz Çamlıbel‘den:
Derinden derine ırmaklar ağlar,
Uzaktan uzağa çoban çeĢmesi.
Ey suyun sesinden anlayan bağlar,
Ne söyler Ģu dağa çoban çeĢmesi?
916
Ziyaret -Yahya Kemal Beyatlı‘dan:
Bu çınarlarla siyah servilerin gölgesini;
Bu Ģadırvanda suyun sanki ledünni sesini.
Eski mimara nasıl rahmet okunmaz burada?
Suyu cennetten akıtmıĢ bu güzel manzarada
Bursa'da Zaman - Ahmet Hamdi Tanpınar‘dan:
Bursa‘da bir eski cami avlusu
Küçük Ģadırvanda Ģakırdayan su,
Orhan zamanından kalma bir duvar,
Onunla bir yaĢta ihtiyar çınar,
Eliyor dört yana sakin bir günü.
2.5.Su Kristalleri
DonmuĢ suyun kristalleri çeĢitli uyarılara farklı tepkiler göstermektedir. ÇeĢitli dillerde yazılmıĢ
Sevgi ve TeĢekkür kelimeleri suya karĢı tutulunca suda çok güzel biçimli kristaller oluĢurken,
aptalsın gibi kelimeler karĢısında düzgün bir kristal oluĢmamaktadır. Ayrıca klasik müzikte çok
düzgün kristaller oluĢurken heavy metal müziklerinde bu kristal Ģekilleri tamamıyla bozulmakta
ve yok olmaktadır. Bundan baĢka depremden hemen önce çekilmiĢ fotoğraflarda su çok bozuk
bir görüntü verirken, depremden uzun süre sonra düzgün bir kristal Ģekli oluĢmaktadır. Kısaca
su, yazıya, ses, müziğe ve titreĢimlere karĢı çok hassastır ve çok farklı tepkiler göstermektedir.
Bu durum suyun adeta bir canlı gibi davrandığını göstermektedir. (Emoto, 2005).
2.6.Su ve Yücelik
Su görünüĢü ile hareketi ile ve sesi ile insan bedenini ve ruhunu dinlendirmektedir. Atalarımız
Bimarhanelerde su görüntüsünü, hareketini ve sesini tedavi maksadıyla kullana gelmiĢlerdir.
Ġnsanlar bugün de güzel mekânlar, güzel Ģehirler ve dinlenme yerleri oluĢtururken suyu yaygın
kullanmaktadırlar. Suyun görüntü, akıĢ sesi ve hareketi insanları dinlendirdiği için dinlenme
yerinde su mutlaka kullanılması gereken bir unsur olarak dikkate alınmaktadır.
Suyun bütün bu özelliklerinden dolayı cennet altından ırmaklar akan köĢkler ve koyu gölgelikleri
olan bahçe olarak tasvir edilmektedir. Bunun için dinlendirici güzel mekânlar oluĢtururken su
vazgeçilmez bir unsur olarak tercih edilmektedir.
Kültürümüzde su aziz (üstün, yüce) bilinmiĢtir. "Su gibi aziz ol" dileği bunun bariz göstergesidir.
Suyu aziz tutan alan pek çok Ģiir ve nesir yazılmıĢtır. Örnek olarak Bağdat‘ta yaĢayan Fuzuli
(1480-1556) en güzel Ģiirlerinden birini "Su kasidesi" adı ile su üzerine yazmıĢtır. Bilindiği gibi
kaside, birini veya bir Ģeyi methetmek için aruz vezniyle yazılmıĢ manzumedir.
Maddi ve manevi değeri bu kadar önemli ve yüce olan su mesleğimizin konusu olduğu için çok
Ģanslıyız.
3.SU KAYNAKLARI VE MÜHENDĠSLĠĞĠ
3.1.Genel
Su kaynağı, dünyada bulunan ve insanlar tarafından kullanılma potansiyeli olan doğal bütün
sulardan herhangi birine denir. Bu doğal sular sıvı, gaz veya buhar halinde olabilir.
Dünyadaki su kaynakları iki ana gruba ayrılabilir: 1. Tuzlu sular, 2. Tatlı sular.
Tuzlu sular deniz ve okyanuslardaki sulardır. Tatlı sular ise ikiye ayrılabilir: 1. Yüzey suları, 2.
Yer altı suları.
917
Yüzeysel sular pınar, akarsu, göl, baraj gölü sularıdır. Su kaynakları, buzulları ve dağlarda
sürekli kalan karları da içerir.
Yeraltı suları ise soğuk ve sıcak (jeotermal) sular olarak ikiye ayrılabilir.
Su mühendisliği veya su kaynakları mühendisliği, su kaynaklarının planlama geliĢtirme ve
yönetiminden sorumlu olan meslektir.
Mevcut su miktarının belirlenmesinden yapılı tesisleri ve yapısız tedbirlerin planlayıp bir
toplumun veya çevrenin su ihtiyacını tasarlamada, inĢaat mühendisleri disiplinler arası geniĢ bir
takımda merkez rol oylarlar. Su kaynaklarının planlaması, projelendirilmesi ve gerekli su
yapıları tesislerinin inĢa edilmesi ve iĢletilmesi kademelerinde inĢaat mühendislerinden baĢka,
konunun çok karmaĢık olması nedeniyle mimar, makine, elektrik, çevre, bilgisayar, jeoloji,
ziraat, orman gibi mühendislik dalları yanında politikacı, hukukçu, iktisatçı, iĢletmeci, sosyolog
gibi sosyal; matematik, meteoroloji, kimya, biyoloji vs. gibi fen bilimlerinin çeĢitli meslek
disiplinlerinden pek çok uzmanın birlikte çalıĢması gerekmektedir.
Su kaynakları yönetimi (water resources management) su temini, su gücü, sulama, drenaj ve
çevre gibi çeĢitli alt grup su çalıĢmalarını kapsayan ve birleĢtiren bir kavramdır. Su kaynakları
yönetimi çeĢitli disiplinlerde yetiĢmiĢ kadrolar tarafından gerçekleĢtirilir.
BütünleĢtirici su kaynakları yönetimi (integrated water resources management) ise, sosyal ve
ekonomik ihtiyaçları dengeleyerek ve aynı zamanda gelecek nesiller için ekosistemi koruyarak
su kaynaklarını yönetmek ve geliĢtirmek için kapsamlı, katılımcı planlama ve yürütme aracı
olarak tanımlanır.
Su kaynakları yönetiminde ulaĢılmak istenen hedefler beĢ ana bölüme ayrılabilir:
1. Milli ekonominin geliĢtirilmesi,
2. Çevre Ģartlarının düzeltilmesi,
3. Sosyal adaletin gerçekleĢtirilmesi,
4. Bölgesel kalkınmanın sağlanması,
5. Bölgedeki can güvenliğinin sağlanması.
Birincisi, ekonomik hedef olarak anılırken son dört hedefe geliĢtirmenin sosyal hedefleri
denir.Ekonomik hedefler esas alındığında, genellikle projenin net faydasının en büyük olması
istenir.
Çevre Ģartlarının düzeltilmesinde önce proje ile ilgili çevre faktörleri belirlenir.
Sosyal adaletin gerçekleĢmesi ve bölgesel kalkınmanın sağlanması ile gelir dağılımının dengeli
hale getirilmesi, bölgesel farklılıkların giderilmesi, bazı bölgelerdeki göçlerin ve iĢsizliğin
önlenmesi amaçlanır. Bu hususlar büyük su projeleri ile gerçekleĢtirilebilir. Ġnsanlar ve diğer
canlılar dünyadaki en değerli varlıklar olduğundan, canlıların ve özellikle can güvenliğinin
sağlanması her Ģeyden önce gelir (Erkek ve Ağıralioğlu, 2010).
Su kaynaklarını yönetimi ile ilgili çalıĢmalar 7 gruba ayrılabilir: 1. Su ihtiyacının belirlenmesi, 2.
Gelen su miktarının belirlenmesi, 3. Suyun kullanma haklarının ortaya konması, 4. Suyun
kalitesi ve özelliğinin incelenmesi, 5. Yapılacak yapıların projelendirilmesi, 6. Projenin çevre
etkilerinin değerlendirilmesi, 7. Projenin ekonomik analizinin yapılması.
Su kaynaklarını yönetme amaçları suyun zararlarından korunma, sudan faydalanma ve su
kalitesinin kontrolü olmak üzere üç ana grupta toplanabilir.
918
3.2.Tatlı Su Kaynakları Yönetimi
3.2.1.Sudan faydalanma
Su temini: Ġçme, kullanma ve sanayi suyu temini etmek ve arıtmak,
Sulama: Tarım ve park ve bahçe sulamaları gerçekleĢtirmek.
Elektrik üretimi: Akarsulardan elektrik elde etmek.
Akarsu taĢımacılığı: Akarsular üzerinde yük ve yolcu taĢıma sistemlerini geliĢtirmek ve
iĢletmek.
Su ürünleri: Tatlı sularda balıkçılık ve diğer su ürünlerini geliĢtirmek.
Dinlenme yeri: Dinlenme ve spor yerleri sağlamak.
Jeotermal sulardan faydalanma: Yeraltı sıcak sularından çeĢitli Ģeklerde faydalanma.
Havza düzenleme. Havzaları düzenleyerek erozyonu önlemek ve verimi arttırmak.
Suyun Zararlarından Korunma:
1. TaĢkın kontrolü: TaĢkın zararlarını önlemek veya en aza indirmek.
2. Yağmur suyu drenajı: YerleĢim yerlerinden yağmur suyunun drenajını yapmak,
3. Atık suların uzaklaĢtırılması: Atık suların uzaklaĢtırmak ve arıtmak.
4. Akarsu geçiĢleri: UlaĢım sistemlerinin devamlılığı için köprü ve menfezler yapmak.
5. Arazi Drenajı ve Bataklık Kurutulması: Fazla gelen suları araziden uzaklaĢtırmak;
6. Katı Madde Kontrolü: Sularla taĢınan kum, çakıl gibi katı maddelerin oyulma ve yığılmasın
yönlendirmek.
7. Halk Sağlığının Korunması: Sağlığı tehdit eden su ortamlarını ıslah etmek
8. Kuraklıkla mücadele: Kuraklık dönemleri için önceden tedbirler almak.
9. Tuzluluk kontrolü: AĢırı tuzlanan suların kontrolünü ve iyileĢtirilmesini yapmak.
Kirlilik kontrolü:
1. Kirlilik kontrolü: Yeraltı ve yerüstü sularının kirlenmesini önlemek.
2. Dere ıslahı: Akarsuların yerleĢim yerleri içinde veya dıĢında düzenlenmesini yapmak.
3.3.Tuzlu Su Kaynaklarının Yönetimi
Denizler yeryüzünün %71‘ini kaplamakta, topluluk ve iklimlere önemli etkilerde
bulunmaktadırlar. Denizlerin dibindeki su +4 o C derecede olduğundan hiç bir zaman suları
donmaz. Deniz sularını yönetme amaçları söyle sıralanabilir.
1.TaĢımacılık: GeniĢ bir ulaĢım yolu oluĢturan denizlerde gemilerle yük ve yolcu taĢımak.
Ülkelerin ticaretlerinin %90‘ından fazlası gemilerle yapılmaktadır. TaĢımacılık yapmak.
2. Limanlar: Gemilere yük ve yolcu boĢaltma ve barınma yerleri sağlamak.
3. Denizaltı kabloları: Ülkeler arasındaki iletiĢimin yarısı denizlerde döĢenen kablolarla
sağlanmaktadır. Bu tür kabloları döĢemek.
4.Petrol ve doğal gaz: Denizlerin altında bulunan zengin petrol, doğal gaz ve maden kaynaklarını
çıkarmak.
5. Kum ve çakıl: Kıyılardan inĢaat malzemesi olarak kum ve çakıl sağlamak.
6. Gıda: Denizden elde edilen balık ve diğer gıdalar 85 milyon tonu aĢmıĢtır.
7. Bitki ve hayvanlar: Deniz bitki ve hayvanlarını tıpta, diĢ macununda, gübrede, petrolde ve
kozmetikte kullanmak üzere temin etmek.
8. Tuz ve mineraller: Denizlerde tuz, magnezyum, kalsiyum gibi 60‘tan fazla mineral eriyik
halinde bulunduğundan bunları sağlamak.
9. Ġnci ve kabuklar: Denizden inci, kabuk, mercanlar gibi çeĢitli maddeler elde etmek.
919
10. Kıyı alanlarını düzenlemek: YerleĢim yerlerini güzelleĢtirmek ve kıyıları korumak için kıyı
alanlarını düzenlemek.
11. Deniz enerjisinden faydalanma: Denizler sonsuz enerji kaynağı olduğundan dalgalar,
akıntılar, gelgitlerden ve hidrojenden faydalanarak elektrik enerjisi elde etmek.
12. TaĢkınlarından korunma: Deniz taĢkınlarından korunmak için tedbirler almak.
13. Denizden su elde etme: Tuzu giderilerek deniz suyundan içme, kullanma veya sanayi suyu
temin etmek.
14. Soğutma suyu: Soğutma suyu veya baĢka maksatlarla deniz suyu sağlama,
15. Denize deĢarjları yapma: Atık suları arıttıktan sonra denize boĢaltmak.
16. Tersaneler: Gemi yapma ve onarma yerleri sağlamak.
17. Deniz alanlarını kullanma: Deniz alanlarında yol gibi ulaĢım veya yerleĢim mekanları
yerleĢtirmek.
18. Denizlerin kirlenmesi: Denizlerin kirlenmesinin önlenmesi için akarsulardan baĢlayarak
çeĢitli tedbirler almak.
19. Dinlenme yeri: Deniz kenarlarında yüzme, dinlenme ve spor yapma yerleri düzenlemek.
20. Askeri amaçlar: Pek çok savaĢ deniz altında yapılmıĢtır. Denizde askeri tesisler kurmak.
4.ĠLK ÇAĞLARDA SU ĠLE ĠLGĠLĠ ÇALIġMALAR
Tarih boyunca insanlar su kaynaklarını değerlendirmek ve yönetmek için çeĢitli yollar
denemiĢlerdir. Söz geliĢi, Türkiye'nin içinde bulunduğu kurak iklimli Ortadoğu'da binlerce yıl
önce gıda elde etmek ve iplik üretmek için emek yoğun sulama projeleri hazırlanmıĢtır. Bunun
için Dicle ve Fırat nehirleri arasındaki bölgeyi Bereketli Hilal veya Altın Hilal olarak
adlandırmıĢlardır.
Asırlardan beri su çarkları suyu bitkilere çevirmek, saray bahçelerindeki çeĢmelere su sağlamak,
tahılı öğütmek ve içme suyu sağlamak için kullanılmıĢtır. Su çarkı teknolojisi yaklaĢık 2000 yıl
önce Anadolu topraklarında geliĢtirilmiĢtir.
Ġlk medeniyetler tatlı su kaynaklarına yakın geliĢmiĢtir. Su dünyadaki hayatın ana kaynağı ve
medeniyetlerin temelidir. Farsçada su, ab olarak klasik sözlüklerin ilk kelimesidir (Kanar, 2010).
Ġlk medeniyetlerde içme suyu bugünkü gibi çok önemliydi. Su ile ilgili ilk çalıĢmaların içme
suyu için yapıldığı bilinmektedir. Kurak bölgelerde yüzey suları yeterli olmayınca kuyu, kanat
(veya kehrizlerle) suyu yer altından sağlamaya çalıĢmıĢlardır. Orta Asya'da Ġran'da ve Türkiye'de
tarihin eski çağlarına ait pek çok kanat yapıldığını bilmekteyiz. Daha sonra ilk sulamalar ve
taĢkından korunma çalıĢmaları Orta Asya (Çin) ve Mısırda gerçekleĢtirilmiĢtir. Türkiye, Ġran,
Irak ve Suriye topraklarında MÖ 2400 yıllarında yoğun sulama projeleri ve kanunları hazırlanıp
uygulandığını biliyoruz.
Ġlk akarsu taĢımacılığının Mısır'da Nil ve kolları üzerinde yapıldığı ve bu akarsularda yük ve
yolcu taĢındığı tarihi kayıtlardan anlaĢılmaktadır. Orta Asya'da (Çin) 8000 km uzunluğunda
büyük kanal projesi gerçekleĢtirildi. Tarihte bilinen ilk su çalıĢmaları Tablo 1'de gösterilmiĢtir
(Cech, 2005).
Tablo 1. Tarihte bilinen ilk su çalıĢmaları
Tarih
ÇalıĢma
MÖ 3200
Akrep Kral Nehri kesme günü ilan etti.
MÖ 2280
Büyük Yu çeĢitli su projeleri gerçekleĢtirdi.
MÖ 1000
Kanatlar inĢa edildi.
MÖ 560
Cheng, devlet sulama kanalını tamamladı.
MÖ 500
Yağmur suları toplanıp (water harvesting) değerlendirildi.
MÖ 500
TaĢkın kontrolü için sedde ve mahmuzlar yapıldı.
MÖ 312
Ġlk su kemeri yapıldı.
MÖ 100
Tahıl öğütmek için su çarkı yapıldı.
920
Bugünkü yeri
Mısır
Çin
Orta Doğu
Çin
Orta Doğu
Çin
Ġtalya
Orta Doğu
5.OSMANLI ĠMPARATORLUĞU DÖNEMĠ ÇALIġMALARI
Osmanlı Ġmparatorluğu döneminde ülkenin çeĢitli yerleri su yapıları ile donatılmıĢtır. Bunlardan
Ģehirlere su getiren galeriler, su kemerleri, depolar, hamamlar, çeĢmeler, sebiller, Ģadırvanlar ve
kemerlerin çoğu hala ayaktadır ve bugün bile kullanılmaktadır. Uzun asırların taĢkınları, fırtına
ve donları, depremlerine çoğu dayanabilmiĢtir. Bu eserlerin çoğu birer sanat eseri Ģeklinde inĢa
edilmiĢtir. Çoğunun üzerinde mermer kitabeler üzerinde yaptıran, yapan ve yapılıĢ tarihleri
hattatlar tarafından mermere iĢlenmiĢtir. Bunlara bazen bir ayet, bir veciz söz veya bir Ģiir
hattalar tarafından yerleĢtirilmiĢtir. Söz geliĢi çeĢmelerin kitabelerinin çoğunda ilk cümle ―Biz
her canlıyı sudan yarattık‖ ayeti iĢlenmiĢtir.
Ġstanbul‘da tarih boyunca su sıkıntısı yaĢanmıĢtır. Fethinden sonra baĢkent yapılan Ġstanbul‘da
muhteĢem su yapıları ile bir su medeniyeti meydana getirilmiĢtir. Fatih Sultan Mehmet
döneminde birden Ģehir nüfusu artmıĢ ve Marmara Bölgesinde bazı tesisler onarılmıĢ ve Fatih ve
Turunçlu Suyolları meydana getirilmiĢtir. Ayrıca Halkalı Su Tesislerinin geçtiği Kara Kemer ve
Ali PaĢa Kemeri yapılmıĢ ve mevcut tesisler onarılmıĢtır. Bu suyolları ile Ģehirdeki çeĢme, sebil,
Ģadırvan ve imaretler ve Ģehir dıĢındaki kıĢlalara su verilmiĢtir.
Kanuni Sultan Süleyman zamanında nüfus daha da artmıĢ ve Ģehirde su sıkıntısı çekilmeye
baĢlanmıĢtır. PadiĢah su meselesini halletmesi için Mimar Sinan‘ı görevlendirmiĢtir. Bunun
üzerine 1555 yılında KırkçeĢme Su Tesislerinin inĢaatına baĢlanmıĢ ve 1563 yılında tesisler
tamamlanmıĢtır. Bu suyolu üzerinde Uzun Kemer, Eğri Kemer, Güzelce Kemer ve Mağlova
Kemeri yapılmıĢtır.
1. Mahmut zamanında yapılan Taksim Suyolları ile Beyoğlu yakasının su meselesi çözülmüĢtür.
1904 yılında Sultan 2. Abdülhamit tarafından Hamidiye Suyu yaptırılmıĢtır.
Sultan Abdülaziz tarafından Fransız ġirketine yetki verilerek (Terkos ġirketi) Terkos Gölünden
Ģehre su getirilmesi planlanmıĢtır. 1883 yılında Terkos Gölünde bir terfi merkezi inĢa edilmiĢtir.
1888‘de Terkos gölü bir bağlama ile kapatılarak su seviyesi yükseltilmiĢtir.
Osmanlı döneminde Ġstanbul‘ da Belgrat Ormanı‘nda içme suyu için yapılan 7 bent (baraj) ile
Taksim ve KırkçeĢme suları gerçekleĢtirilmiĢtir. Bunların bazı özellikleri Tablo 2‘de verilmiĢtir.
Bu tablonun incelenmesinden de görüleceği gibi yalnızca Büyük ve Kirazlı bentlerinin normal
ağırlık barajı türünde oldukları görülür. Ötekilerden her birinin ayrı bir tür olma özelliği dikkati
çekmektedir. Planda kemer Ģeklinde yerleĢtirilmiĢ olan Yeni Bent‘in planı ġekil 1‘de örnek
olarak verilmiĢtir. Bu yedi bendin, biri hariç, hala çalıĢır durumda olmaları, onların gerek
mukavemet, gerekse hidroloji ve hidrolik açılarından isabetli projelendirildiklerini
göstermektedir. Ayrıca bu baraj göllerinin erozyon sonucu toprakla dolmaması için bölgenin
ormanlık alan olarak korunması dikkat çekicidir. Hatta suların kirlenmesini önlemek için Belgrat
Köyü kaldırılmıĢtır. Belgrat Ormanı‘nda inĢa edilen 7 barajdan baĢka, Küçükçekmece Gölü‘ne
akan ġamlar Dersi üzerinde 1828 yılında ġamlar Bendi yapılarak toplanan su Halkalı Suları‘na
verilmiĢtir. ġamlar Bendi kemer türünde bir barajdır. Yine o yüzyılda, 1893‘te inĢa edilen Elmalı
Bendi ise 19,75 m yüksekliğinde toprak dolgu ve taĢ ağırlık türündedir. Tepe uzunluğu 180 m,
hazne hacmi 1,7 milyon m3‘tür. Bu bent de günümüzde hala çalıĢmaktadır.
Tablo 2. Osmanlı döneminde Ġstanbul‘da yapılan bentler
Beslenen Bent
Yüksekliği Tepe uzunluğu YapılıĢ
su sistemi adı
(m)
(m)
tarihi
Topuz 8,60
65
1620
Büyük 12,15
58
1724
KırkçeĢme
Ayvat
13,45
66
1765
Kirazlı 13,00
60
1818
Topuzlu 16,00
81
1750
Taksim
Valide 13,50
104
1796
Yeni
17,00
102
1839
921
Türü
Kagir, payandalı
Kagir, ağırlık
Kagir, kemer
Kagir, ağırlık
Kagir, kemer, payandalı
Kagir
Kagir, kemer, payandalı
ġekil 1. Osmanlı döneminde yapılmıĢ yeni Bent‘in planı (ÖziĢ, 1999).
Osmanlı döneminde Ġstanbul‘un içme ve kullanma suyu ihtiyacı için çok önemli çalıĢmalar
yapılmıĢ, Avrupa Yakasında Halkalı, Taksim ve KırkçeĢme Suları, Asya Yakasında ise Çamlıca
Suları ile anılan pek çok su tesisi inĢa edilmiĢtir. Zamanlarının en çağdaĢ eserleri olan bu su
tesisleri fonksiyonlarına göre dört gruba ayrılabilir: (1) Suyun derlenmesi (toplanması) tesisleri,
(2) Suyun iletimi (isale) tesisleri, (3) Suyun dağıtımı (su Ģebekesi) ve (4) Suyun kullanımına ait
tesisler.
Türkiye'de elektrik enerjisi, ilk kez 1902 yılında Tarsus'ta kurulan bir hidroelektrik santral ile
üretilmeye ve kullanılmaya baĢlanmıĢtır.
Türkiye topraklarında ilk çağlardan bu yana sulama yapılmasına rağmen büyük alanlardaki
modern sulama çalıĢmalarının baĢlangıcı olarak 1907-1914 yılları arasında gerçekleĢtirilen
Konya-Çumra sulama sistemi olduğu söylenebilir.
Suyun derlenmesi içim kaptaj, kuyu ve baraj gibi yapılar yapılmıĢtır. Ġsale hatlarında kehrizler
açılmıĢ ve onlara galeri, künklü galeri, künk, kurĢun boru, font boru veya font borulu galeriler
döĢenerek kilometrelerce uzaklardan Ģehre su getirilmiĢtir. Ġsale hatları boyunca aradaki vadileri
serbest yüzeyli akımla geçmek için su kemerleri, güzergâhın geçtiği yerleri belirlemek için su
kubbeleri, su basıncını düĢürmek için küçük havuzlar olan maslaklar gerekli her yere
yerleĢtirilmiĢtir. Ayrıca debi ölçme sandıkları, bacalar, havuzlar, tulumbalar yapılmıĢtır. Su
dağıtım sisteminde su depoları, basınç düĢürme amacıyla su terazileri ve suyu taksim etmek
gayesi ile yapılan maksemler hala Ģehrin tarihi yapısının önemli elemanlarıdır. Suyu kullanıma
sunmak üzere yapılan çeĢmeler, hayrat olarak gelip geçenlerin su içmesine yarayan sebil
binaları, Ģadırvanlar, fıskiyeler ve hamamlarla adeta Ģehrin süslendiği bilinmektedir. Kısacası
pek çok ve çeĢitli su tesisleri yapılarak 30-40 km mesafelerden Ģehre sular getirtilip halkın
kullanımına sunularak büyük bir su medeniyeti meydana getirilmiĢtir (Ağıralioğlu, 2007b).
Osmanlı devletinde, orduların seferlerinde bir yerde konaklanacağı zaman ilk önce seyyar
hamam çadırları kurulur ve nehirlerden alınan su ısıtılırdı.
1667‘de Osmanlıda tuvalet vakfı kurulurken Avrupa‘da tuvalet diye bir Ģey bilinmiyordu.
1770‘de Osmanlı donanması Ruslar tarafından ÇeĢme‘de yakılarak tamamıyla yok edilmiĢtir.
1853‘te ise Ruslar tarafından Osmanlı donanması Sinop‘ta yine yakılmıĢtır.
Denizcilikteki bu yıkımların ardından diğer felaketler gelmeye baĢlamıĢtır. Devlet, denizcilikte
ve deniz teknolojisinde diğer devletlerle yarıĢamayacak hale getirilmiĢ ve adeta bitirilmiĢtir.
1821-1922 yılları arasında 5 milyon insanımız ölmüĢ, 5 milyon insanımız da yerinden yurdundan
sürgün edilmiĢtir (Mcharthy, 1995). Osmanlı devletinin sahip olduğu topraklar parçalandı ve 64
devlet oluĢturulmuĢtur. Harpler, ölümler, sürgünler, hastalıklar dolayısıyla halkın çoğu evsiz,
topraksız, iĢsiz kalmıĢ, mesleğinin ve sanatını yapamaz ve dolayısıyla insan yetiĢtiremez hale
gelmiĢ, insanlar açlık ve kıtlık yüzünden can derdine düĢmüĢtür. Tersane, baraj ve liman gibi
922
büyük tesisler yapabilen bu millet fakirlik ve yetiĢmiĢ insan gücü yokluğu yüzünden bu tür su
yapılarını yapamaz hale gelmiĢtir. Ancak 1980‘lerden sonra millet bu tür büyük ve önemli
tesisleri kendisi yapabilecek hale gelebilmiĢtir.
6.TÜRKĠYE'DE CUMHURĠYET DÖNEMĠ SU MÜHENDĠSLĠĞĠ
Türkiye'de nereden nereye geldiğimizi daha iyi anlamak için, çoğumuzun bir kısmını bizzat
yaĢadığı su mühendisliğindeki geliĢmelerini bir gözden geçirelim.
Bir projenin gerçekleĢmesi için 1. Ġhtiyaç (nüfus), 2. YetiĢmiĢ insan (eğitim, bilim ve teknoloji),
3. Hukuki durum, 4. Mali kaynak ve gerçekleĢtirme (Uygulamalar) olmak üzere dört Ģartın
bulunması gerekir.
6.1.Nüfus
Sayım yıllarına göre, Türkiye‘de toplam nüfus, nüfus artıĢ hızı ile kent ve köylerde yaĢayanlar
Tablo 3‘te verilmiĢtir.
Tablo 3. Türkiye‘de nüfus sayımlarına göre toplam nüfus, nüfus artıĢ hızı ile kent ve köylerde
yaĢayan nüfuslar 2000 yılı sonuçlarındaki yıllık nüfus artıĢ hızı rakamı 1990-2000 dönemine
iliĢkindir.30.11.1997 tarihine iliĢkin veriler, seçimler için "Nüfus Tesbiti" verileridir.
ArtıĢ ġehir
Köy
Yıllar
Nüfus
Yüzdesi
Yüzdesi
(binde) Nüfusu
Nüfusu
20.10.1927 13.648.270 3.305.879 24.22
10.342.391 75.78
20.10.1935 16.158.018 21.10 3.802.642 23.53
12.355.376 76.47
20.10.1940 17.820.950 19.59 4.346.249 24.39
13.474.701 75.61
21.10.1945 18.790.174 10.59 4.687.102 24.94
14.103.072 75.06
22.10.1950 20.947.188 21.73 5.244.337 25.04
15.702.851 74.96
23.10.1955 24.064.763 27.75 6.927.343 28.79
17.137.420 71.21
23.10.1960 27.754.820 28.53 8.859.731 33.69
18.895.089 68.08
24.10.1965 31.391.421 24.63 10.805.817 34.42
20.585.604 65.58
25.10.1970 35.605.176 25.19 13.691.101 38.45
21.914.075 61.55
26.10.1975 40.347.719 25.01 16.869.068 41.81
23.478.651 58.19
12.10.1980 44.736.957 20.65 19.645.007 43.91
25.091.950 56.09
20.10.1985 50.664.458 24.88 26.865.757 53.03
23.798.701 46.97
21.10.1990 56.473.035 21.71 33.326.351 59.01
23.146.684 40.99
30.11.1997 62.865.574 15.08 40.882.357 65.00
21.983.217 35.00
22.10.2000 67.803.927 18.28 44.006.274 64.90
23.797.653 35.10
31.12.2010 73.722.988 8,40
56.222.356 76,30
17.500.632 23,70
Ġlk sayım olan 1927‘de 13,6 milyonluk nüfusun 3,3 milyonu, yani %24,22‘ü Ģehirlerde yaĢarken
2010‘da 73,7 milyonun 56,2 milyonu yani %76,30‘u Ģehirlerde yaĢamaktadır. 1927-2010
arasında Türkiye‘nin toplam nüfusu 5,4 kat artmıĢken, Ģehirlerdeki nüfus 17 kat büyümüĢtür.
Aynı dönemde köy nüfusu 1,7 kat olmuĢtur.
Tablo 4‘de bazı Ģehir merkezlerinin ve ülkenin Ģehir nüfuslarının yıllara göre değiĢimi ve 19502010 arasında Ģehir nüfuslarının kaç kat artığı gösterilmiĢtir.
923
Tablo 4. Bazı Ģehir merkezlerinin yıllara göre nüfusu
ġehir
Ankara
Antalya
Trabzon
Ġstanbul
Türkiye
1927
74.553
24.634
704.825
3.305.879
1935
122.720
17.635
758.488
3.802.642
1950
2010
288.536
27.515
33.990
1.465.535
5.244.337
4.431.719
1.001.318
292.254
13.120.596
56.222.356
1950-2010
ArtıĢ (Kat)
15,4
36,4
8,6
9,0
10,7
Tablodan görüldüğü gibi 1950‘de Antalya Ģehir nüfusu 27515, 2010 yılında 1.003.318 olmuĢtur;
60 yılda Antalya Ģehrinin nüfusu 36,4 kat büyümüĢtür. Türkiye‘nin Ģehir nüfusu ise 10 kattan
fazla artmıĢtır.
Bu değerlendirmelerden anlaĢılacağı üzere Ģehir nüfusları çok hızlı büyümüĢ ve buna bağlı
olarak alt yapı ihtiyaçları hızla artmıĢtır.
6.2.Eğitim Bilim ve Teknoloji
1773‘te kurulan ĠTÜ,1883‘te Hendese-i Mülkiyeye dönüĢtürülerek bugünkü anlamda sivil inĢaat
mühendisliğinin eğitimi baĢlamıĢtır. Okulda KuruluĢundan beri su dersleri okutulmuĢtur.
1929‘da okulda üç ihtisas Ģubesi kurulmuĢtur: 1.Yol ve Demiryolu Mühendisliği, 2. Mimari ve
ĠnĢaat (Yapı), 3. Su Mühendisliği.
1934 yılında Darülfünundan ayrılmıĢ olan Elektromekanik bölümü bu okulda açılmıĢtır. Bu
bölüm daha sonra Makine ve Elektrik Fakültelerinin nüvesini oluĢturmuĢtur.
1935‘te bunlara Muhabere bölümü eklenmiĢtir.
1943 de Makine ve Elektrik olarak bölümler ayrılmıĢlardır.
1944 yılında okulun adı Ġstanbul Teknik Üniversitesi olmuĢ ve ĠnĢaat, Mimarlık, Makine ve
Elektrik Fakülteleri olarak 4 fakülteye ayrılmıĢtır.
1950 yılında ülkemizde Ġstanbul, Ġstanbul Teknik ve Ankara üniversiteleri olmak üzere toplam 3
üniversite ve birkaç yüksek okul ve akademi vardı. Bunların içinde sadece Ġstanbul Teknik‘te
ĠnĢaat mühendisliği var. Bir de Yıldız Teknik Okulu ĠnĢaat Mühendisi yetiĢtiriyor.
1960‘a kadar bunlara Ege, Karadeniz Teknik, Orta Doğu Teknik ve Atatürk üniversiteleri
eklenmiĢtir. Bu üniversitelerden KTÜ ve ODTÜ‘de inĢaat bölümleri açmıĢlardır. Diğer ikisi son
yıllarda bu bölümü açarak öğrenci almaya baĢlamıĢlardır.
2011 yılı itibarıyla ise Türkiye‘de devlet, vakıf üniversitesi olmak üzere toplam 166 tane
üniversite bulunmaktadır. Bunların bir kısmı son birkaç yıl içinde kurulmuĢtur. Bugün 60‘dan
fazla inĢaat mühendisliği bölümü bulunmaktadır.
Ülkelerin yüzölçümlerine göre sıralanıĢta Türkiye 37. Sırada olmasına rağmen, 2008 yılına göre
ülkelerin gayri safi yurtiçi hâsılasına ( GSYĠH) göre 17. sırada bulunmaktadır. Nüfuslarına göre
sıralanıĢta Türkiye (2009) dünyadaki ülkeler arasında da 17. sıradadır.
Üniversitelerle ilgili duruma bakalım. Türkiye bilimsel yayınlarda 2010 yılına göre dünya
ülkeleri içinde 39. sıradadır. 1963-2009 yılları arasında alınan patent sayılarında ise, ABD
4.548.072 patent ile birinci, Japonya 761.367 patentle ikinci, Ġngiltere 132.937 patentle üçüncü
olurken, Türkiye 226 patent ile 55. durumdadır.
ABD‘de 2005 verilerine göre bir kısmı 2 yıllık meslek yüksek okulu olmak üzere toplam 4140
üniversite ve yüksek okul vardır. Bunların içinde yaklaĢık 100 tanesi dünya çapında çok iyi
geliĢmiĢ üniversitelerdir. GeliĢmiĢ üniversitelerden biri olan Kaliforniya Üniversitesine bir göz
atalım. 10 ayrı kampusu olan üniversitenin 2008 bütçesi 3 milyar dolar. Son 12 yılda ülkenin en
çok patent üreten kurumudur. Sadece 2009 yılında 252 patent ile o ülkede en çok patent üreten
üniversite olmuĢ. Uzun yıllardan beri dünya sırlamasında Kaliforniya Üniversitesi her yıl hep ilk
üç sıraya girmektedir. Üniversitenin bütün bölümleri ülke sıralamasında ilk sıralarda yer
almaktadır.
924
Türkiye‘de bilim ve teknoloji alt yapısının henüz tam hazır olmadığı bilinmektedir. Ayrıca
toplumun üniversiteye ve bilime bakıĢı da istenen seviyede değildir. Bu hususta Türkiye‘nin ve
üniversitelerin neler yapabileceği irdelenmelidir.
6.3.Hukuki Durum
1925 yılında ―Umur-u Nafıa Müdüriyet-i Umumiyesi‖ne bağlı bir ―Sular Fen Heyeti
Müdürlüğü‖ kurularak Bursa, Adana, Ankara, Edirne ve Ġzmir Su ĠĢleri Müdürlükleri
oluĢturulmuĢtur. Bu müdürlük daha sonra kaldırılmıĢtır.
1926‘da Sular Hakkında Kanun çıkarılmıĢtır. Kanun Numarası: 831, Yayımladığı Resmi
Gazete Tarihi: 10.05.1926, Sayısı: 368. ―ġehir ve kasabalarla köylerde ihtiyacatı ammeyi temine
mahsus suların tedarik ve idaresi belediye teĢkilatı olan mahallerde belediyelere, olmayan
yerlerde Köy Kanunu mucibince ihtiyar meclislerine aittir.‖ Bu kanun daha sonra yürürlükten
kaldırılmıĢtır.
1929 yılında ―Sular Umum Müdürlüğü‖nün kurulmuĢtur. Bu genel müdürlük daha sonra
1933 yılında 2301 sayılı Kanun ile Ġller Bankası kurulmuĢtur. Bu kurum daha sonra
1939 yılında da Nafıa Vekâleti‘ne bağlı olarak ―Su ĠĢleri Reisliği‖ kurulmuĢtur. Bu tarihten
sonra su iĢlerinin önemi çok daha iyi anlaĢılmıĢ, su kaynaklarının istikĢafı, etütleri ve
planlamaları ile su ölçümleri yapılmıĢtır. Bu kurum daha sonra kaldırılmıĢtır.
1935‘te Elektrik ĠĢleri Etüd Ġdaresi teĢkiline dair kanun çıkarılmıĢtır. Kanun Numarası: 2819,
Yayımlandığı R. Gazete: Tarih: 24.6.1935, Sayı: 3036, ―Hükmi Ģahsiyeti haiz olmak ve bütün
muamelelerinde bu kanun ile hukuku hususiye ahkâmına tabi bulunmak üzere Ankara‘da bir
E.Ġ.E. Ġdaresi (Elektrik Etüt Ġdaresi) kurulmuĢtur.‖
1953‘te Devlet Su ĠĢleri Umum Müdürlüğü TeĢkilat ve Vazifeleri Hakkında Kanun çıkarılmıĢtır.
Kanun Numarası: 6200, , Yayımlandığı Resmi Gazete Tarihi: 25.12.1953, Sayısı:
8592. ―Yerüstü ve yeraltı sularının zararlarını önlemek ve bunlardan çeĢitli yönden faydalanmak
maksadı ile Bayındırlık Vekâletine bağlı hükmi Ģahsiyeti haiz mülhak bütçeli "Devlet Su ĠĢleri
Umum Müdürlüğü" kurulmuĢtur .‖ ―Bu kanunda "Devlet Su ĠĢleri Umum Müdürlüğü" DSĠ
remzi ile ifade edilmiĢtir.‖
1965‘te Yol Su Elektrik Genel Müdürlüğü (YSE) kurulmuĢtur. 01.07.1965 gün ve 6611 sayılı
Bakanlık Onayı Yol, Su ve Elektrik (YSE) Genel Müdürlüğü oluĢturulmuĢtur. Bu genel
müdürlük daha sonra kaldırılmıĢtır.
1970 yılında Türkiye Elektrik Kurumu (TEK) kurulmuĢtur. Bu genel müdürlük daha sonra
1981 yılında Ġstanbul Su ve Kanalizasyon Ġdaresi Genel Müdürlüğü kuruluĢ ve görevleri
hakkında kanun çıkarılmıĢtır. Kanun Numarası: 2560, Yayımlandığı Resmi Gazete Tarihi:
23.11.1981, Sayısı: 17523. ―Ġstanbul Büyük ġehir Belediyesinin su ve kanalizasyon hizmetlerini
yürütmek ve bu amaçla gereken her türlü tesisi kurmak, kurulu olanları devralmak ve bir elden
iĢletmek üzere Ġstanbul Su ve Kanalizasyon Ġdaresi Genel Müdürlüğü kurulmuĢtur. Ġstanbul Su
ve Kanalizasyon Ġdaresi Genel Müdürlüğü bu Kanunda ĠSKĠ olarak anılır.‖ Bütün büyük Ģehir
belediyelerindeki su idarelerinin çalıĢmaları ĠSKĠ kanunu ile yürütülmektedir.
1984 yılında Köy Hizmetleri Genel Müdürlüğü (KHGM) teĢkil edilmiĢtir. 8.6.1984 tarih ve 235
sayılı Kanun Hükmündeki Kararname ile kabul edilen bu kurumun kuruluĢu 18.6.1984 gün ve
18435 sayılı Resmi Gazetede yayınlanarak yürürlüğe girmiĢtir. Bu genel müdürlük 2005
tarihinde kaldırılmıĢtır.
1983‘te Çevre Kanunu çıkarılmıĢtır. Kanun Numarası: 2872, Yayımlandığı R.Gazete Tarih:
11.8.1983, Sayı: 18132. ― Bu Kanunun amacı, bütün vatandaĢların ortak varlığı olan çevrenin
korunması, iyileĢtirilmesi; kırsal ve kentsel alanda arazinin ve doğal kaynakların en uygun
Ģekilde kullanılması ve korunması; su, toprak ve hava kirlenmesinin önlenmesi; ülkenin bitki ve
hayvan varlığı ile doğal ve tarihsel zenginliklerinin korunarak, bugünkü ve gelecek kuĢakların
925
sağlık, uygarlık ve yasam düzeyinin geliĢtirilmesi ve güvence altına alınması için yapılacak
düzenlemeleri ve alınacak önlemleri, ekonomik ve sosyal kalkınma hedefleriyle uyumlu olarak
belirli hukuki ve teknik esaslara göre düzenlemektir.‖
1984 tarih ve 18610 Sayılı Resmi gazetede yayınlanan 3096 Sayılı Kanun ile Türkiye Elektrik
Kurumu DıĢındaki KuruluĢların Elektrik Üretimi, Ġletimi, Dağıtımı ve Ticareti ile
Görevlendirilmesi Hakkında Kanun çıkmıĢtır.
1989‘da Özel Çevre Koruma Kurumu BaĢkanlığı kurulmasına dair kanun hükmünde kararname
çıkarılmıĢtır. Kanun Hük. Kar. Yayımlandığı R. G. Tarihi: 13.11.1989, No: 20341.
17.08.2011‘de bu kurumda önemli değiĢiklikler yapıldı.
1987‘de DLH ĠnĢaatı Genel Müdürlüğü teĢkilat ve görevleri hakkında kanun yürürlüğe girmiĢtir.
Kanun Numarası: 3348, Yayımlandığı R. Gazete Tarihi: 17.04.1987, Sayısı: 19434.
1990‘da Kıyı Kanunu çıkarılmıĢtır. Kanun No: 3621, Resmi Gazete tarihi: 17.04.1990, Sayısı:
20495, Son DeğiĢiklik, Resmi Gazete Tarihi: 21.07.2005 Sayısı: 25882. ― Bu Kanun, deniz,
tabii ve suni göl ve akarsu kıyıları ile bu yerlerin etkisinde olan ve devamı niteliğinde bulunan
sahil Ģeritlerinin doğal ve kültürel özelliklerini gözeterek koruma ve toplum yararlanmasına açık,
kamu yararına kullanma esaslarını tespit etmek amacıyla düzenlenmiĢtir.‖
1993‘te Türkiye Elektrik Üretim Anonim ġirketi (EÜAġ) ve Türkiye Elektrik Ticaret ve Taahhüt
Anonim ġirketi (TETAġ) kurulmuĢtur. 12 Ağustos 1993'te TEK; ikiye ayrılarak üretim ve
iletimden sorumlu TEAġ, dağıtımdan sorumlu TEDAġ kurulmuĢtur.
1997 yılında 19.07.1997 tarih ve 23054 sayılı Resmi Gazetede yayınlanan 4283 Sayılı Kanunla
Yap-ĠĢlet Modeli ile Elektrik Enerjisi Üretim Tesislerinin Kurulması ve ĠĢletilmesi ile Enerji
SatıĢının Düzenlenmesi Hakkında Kanun çıkmıĢtır.
2001 tarihinde Enerji Piyasası Düzenleme Kurumu (EPDK) teĢkil edilmiĢtir. 3 Mart 2001
tarihinde, 4628 Sayılı Elektrik Piyasası Kanunu ile Enerji Piyasası Düzenleme Kurumu ve
Kurulu (EPDK) oluĢturulmuĢtur.
2005‘te Mahallî Ġdare Birlikleri Kanunu çıkarılmıĢtır (Yönetmelikle KÖYDES). Kanun
Numarası: 5355,Yayımlandığı R.Gazete: Tarih: 11.6.2005 Sayı: 25842. Bu Kanunun
amacı;‖mahallî idare birliklerinin hukukî statüsünü, kuruluĢunu, organlarını, yönetimini, görev,
yetki ve sorumlulukları ile çalıĢma usûl ve esaslarını düzenlemektir.‖
2006 yılında 18.07.2006 tarih ve 26232 sayılı Resmi Gazetede yayınlanan 5539 Sayılı Kanunla
Yap-ĠĢlet Modeli (YĠ) ile Elektrik Enerjisi Üretim Tesislerinin Kurulması ve ĠĢletilmesi ile
Enerji SatıĢının Düzenlenmesi Hakkında Kanunda değiĢiklik yapılmasına ĠliĢkin Kanun
çıkmıĢtır.
2009‘da Afet Ve Acil Durum Yönetimi BaĢkanlığının TeĢkilat Ve Görevleri Hakkında Kanun
(AFAD) çıkarılmıĢtır. Kanun Numarası: 5902, Yayımlandığı R.Gazete: Tarih: 17.6.2009 Sayı:
27261. ―(1) Bu Kanunun amacı, afet ve acil durumlar ile sivil savunmaya iliĢkin hizmetleri
yürütmek üzere, BaĢbakanlığa bağlı Afet ve Acil Durum Yönetimi BaĢkanlığının kurulması,
teĢkilatı ile görev ve yetkilerini düzenlemektir. BaĢbakan, BaĢkanlıkla ilgili yetkilerini bir bakan
aracılığı ile kullanabilir.
2011 tarihinde Ġller Bankası Anonim ġirketi hakkında kanun çıkarılmıĢtır. Kanun No. 6107,
Kabul Tarihi: 26.1.2011. ―Bu Kanun ile düzenlenen hususlar dıĢında, özel hukuk hükümlerine
tabi, tüzel kiĢiliğe sahip, anonim Ģirket statüsünde ―Ġller Bankası Anonim ġirketi‖ unvanıyla bir
kalkınma ve yatırım bankası kurulmuĢtur. Bankanın kısaltılmıĢ unvanı ―ĠLBANK‖tır ve merkezi
Ankara‘dadır.‖
Konu ile ilgili kanunların yönetmelikleri ve yönergeleri de zamanlarına bağlı olarak yayınlanmıĢ
ve zaman zaman değiĢtirilmiĢtir.
6.4.Su Mühendisliği ÇalıĢmaları
1948 yılında devlet bir Amerikan konsorsiyumuna AĢağı Sakarya Nehri Planlama Raporu ile
ilgili bir çalıĢma yaptırdığı bilinmektedir.
926
1950 yılına kadar Türkiye‘de bazı belediyeler tarafından PınarbaĢı (1924), Bünyan(1928), Visera
(1929), Ermenek (1934) ve Bozöyük (1938) olmak üzere 5 tane Hidroelektrik santral yapılmıĢ ve
iĢletmeye açılmıĢtır. Ayrıca Çubuk-I, GölbaĢı, Gebere, Sihle ve Porsuk olmak üzere 5 baraj
yapılmıĢtır.
1950‘den sonra su ilgili çalıĢmalara hız verilmiĢ ve daha büyük tesisler gerçekleĢtirilmeye
baĢlanmıĢtır. 1960 yılına kadar Ġller Bankası, Etibank ve bazı özel kuruluĢlar bir kaç HES
yapmıĢtır. KöĢe taĢı niteliğinde bazı çalıĢmalardan kısaca söz edilecektir.
Trabzon Limanı: Yabancı bir firma tarafından 8 Temmuz 1946'da temeli atılan Trabzon Limanı
25 Haziran 1954 tarihinde tamamlanmıĢtır.
Mersin Limanı: Hollanda Kraliyet Liman ĠnĢaat ġirketi tarafından Mersin limanının inĢaatına 3
Mayıs 1954 tarihinde baĢlanılmıĢ ve 1962 yılında tamamlanmıĢtır.
1960-1980 yılları arasında Gökçekaya ve Keban barajları gibi önemli tesisler yapılmıĢtır.
1980 yılına kadar yapılan bütün bu tesisler yabancı mühendisler tarafından projelendirilmiĢ ve
inĢaatları yabancı müteahhitler tarafından yapılmıĢtır.
Bu o kadar kolay olmamıĢtır. Eski mühendislerden bir bana anlatmıĢtı: EskiĢehir‘de vaktiyle
Fransız Firması baraj yapmaktadırlar. Fransız mühendisler, barajda çalıĢan Türk Mühendislerin
hiçbir sorusuna cevap vermemektedir. Bizim mühendisler toplanıp karar almıĢlar. Her akĢam
Ģantiye lokalinde toplanacaklar ve herkes arazide gördüklerini arkadaĢlarına anlatacak ve
karĢılıklı olayların sebep ve sonuçlarını tartıĢacaklar. Öyle de yapmıĢlar. Sahanın her yerinde ve
her adımda yapılan iĢleri takip ediyorlarmıĢ. Bunu fark eden Fransız Mühendisler, 2-3 ay sonra:
―Artık siz her Ģeyi öğrendiniz; bundan sonra Türkiye‘de siz bize baraj projesi ve inĢaatı
vermezsiniz‖ demiĢler. Bu, verilen mücadeleden sadece bir örnektir.
Atatürk Barajı yapımında yabancı ülkeler kredi vermemiĢler. Türkiye kendi kaynakları ile o
zamanlar 4 milyar dolara bunu gerçekleĢtirdi. Baraj ekonomiye ağır bir yük yükledi, fakat
kendisini 4 yılda amorti etti.
Dünyadaki geliĢmiĢ ülkelerin çoğu, mali kaynakları yeterli olduğu için 1970‘li yıllara kadar
ülkelerinin su kaynaklarının tamamını geliĢtirip ülkelerinin kalkınmasında itici güç
oluĢturmuĢlardır. Dünyanın 5 kıtasında toplam 47655 büyük baraj yapılmıĢtır. 500‘ den fazla
büyük baraj tamamlamıĢ ülkeler ve baraj sayıları Tablo 5‘de verilmiĢtir.
Tablo 5. Dünya‘da 500‘den fazla baraj bulunana ülkeler ve baraj sayıları
Ülke
Büyük baraj sayısı
Çin
22000
ABD
6575
Hindistan
4291
Japonya
2675
Ġspanya
1196
Kanada
793
Güney Kore
765
Türkiye
625
Brezilya
594
Fransa
569
Meksika
537
Tablo 6‘dan görüldüğü gibi Türkiye Cumhuriyeti'nin kurulduğu 1923 yılında, toplam kurulu güç
33 MW ve yıllık üretim 45 milyon KWh‘dır. Türkiye, toplam kurulu gücü ġubat 2011 itibariyle
50 bin 3 MW‘a ulaĢtı.1923‘e göre 1515 defa arttı.
927
Tablo 6. Yıllara göre Türkiye‘nin elektrik kurulu gücü ve yıllık elektrik üretimi
Yıl
Kurulu güç Yıllık üretim
(MW)
(kWh)
1923
33
45 milyon
1935
126,2
213 milyon
1950
407,8
500 milyon
2011
50003,0
222 milyar
Güneydoğu Anadolu Projesi (GAP) çerçevesinde yapılan Atatürk Barajı, Urfa Tüneli ve sulama
sistemleri ile 730 bin hektar alan sulanabilecektir. GAP çerçevesinde sulu tarıma açılacak toplam
alan yaklaĢık olarak 1,8 milyon hektardır.
Türkiye‘de su konusundaki son 60 yıllık geliĢmeleri çoğumuz tecrübelerimizle yaĢadık.
1950‘li yılların ortalarında, Çaykara‘da özellikle kıĢ aylarında sabahleyin, 200-300 metre
mesafeden evlerine su taĢımak için ellerinde bakır güğümlerle mahallemizdeki çeĢme önünde
bekleyen kadın ve çocukların uzun kuyruklar oluĢturduğunu hatırlıyorum. Çünkü nüfusu çoğalan
mahallede tek olan çeĢmeden akan su, içme suyu, kullanma suyu ve hayvanları içirme suyu
olarak evlerde kullanılan suyu karĢılayamıyordu. Yine o yıllarda, ortalama haftada bir defa
kadınların sepetlere doldurdukları çamaĢırları 500-600 metre mesafedeki dere kenarına götürüp,
büyük bakır kazanlarda kaynattıkları su ile gün boyunca yıkadıklarının Ģahidiyim.
1967 yılında ĠTÜ ĠnĢaat Fakültesinde 5. Sınıfta kollara ayrılırken ―Türkiye‘de henüz pek çok
Ģehirde kanalizasyon yok‖ diyen bir hocamın tavsiyesi ile su getirme ve kanalizasyon kolunu
seçtim ve diploma çalıĢmamı Adana ġehri Kanalizasyonu üzerinde yaptım. O yıllarda en çok
tercih edilen kollardan biri de su yapılarıydı.
1968‘de mezun olup YSE 10. Bölge Müdürlüğü-Trabzon‘da iĢe baĢladım. Bölgedeki yeni su
kaynaklarından köylere ve köy gruplarına su getiriyor, yapılan çeĢmelerle köy ve mahallelere su
veriyorduk. O zamanlar adı hiç duyulmamıĢ bir köy olan Uzungöl‘ün içme suyu inĢaatı
kontrolünü idare bana vermiĢti. O tarihlerde ülkedeki 35000 köyün hemen hemen hiç birinde yol
yok, elektrik yoktu; çoğunda ise sağlıklı içme suyu bulunmuyordu. 1950‘de sadece 13 köyde
elektrik vardı. Hatta pek çok kasabada elektrik yoktu.
1968 yılında devlet dairesinde çalıĢırken, aslen Arhavili olan, üniversiteden sınıf arkadaĢım ve
Arhavi -ArdeĢen TC Karayolu Ģantiye Ģefi olan bir arkadaĢım, Arhavi Belediye BaĢkanı ile
birlikte bana geldiler. ―Sen su getirme kanalizasyon kolundan mezunsun; Arhavi‘nin
kanalizasyonu yok; sen projesini hazırla‖ dediler. Bölge müdüründen idareten izin aldılar;
beraber Arhavi‘ye gittik. ArkadaĢımın sağladığı Karayolları topografya ekibi ile önce bir haftada
Ģehrin haritasını çıkardık. Daha sonra kanalizasyon projesini bedelsiz hazırladım. O tarihte
Karadeniz Bölgesinin en güzel ilçelerinden biri olan Arhavi‘de ve ülkedeki diğer pek çok ilçe ve
kasabada kanalizasyon yoktu.
1970‘te askerlik hizmeti sırasında Ankara Güvercinlik kıĢlasının terfili-depolu içme suyu
projesini hazırladım ve inĢaatında kontrol mühendisi olarak çalıĢtım. O yıllarda kıĢlalarda da su
sıkıntısı çekiliyordu. Ankara‘daki Etimesgut Tank Okulu ve Polatlı Topçu Okulunda bile en
büyük sıkıntı kullanılacak su bulunmamasıydı.
Askerlikten sonra ĠTÜ‘ye asistan olarak girdim ve hep su konularında çalıĢtım. Kısacası bugüne
kadar hep su konusunda çalıĢtım ve bu konuda ülkedeki pek çok geliĢmeyi yakından takip ettim.
1970‘ten sonrası çoğumuzca malumdur. Bugün gelinen nokta biliniyor.
7.SU MÜHENDĠSLĠĞĠNDE UZMANLIK
7.1.Genel
Dünya ile yarıĢacaksak her dalda olduğu gibi su mühendisliğinde de uzmanlaĢmaya önem
vermemiz gerekir. Su mühendisliğinde uzman (tekin) mühendislik (Professional Engineering)
928
pek çok ülkede geliĢmiĢ ve kurumlaĢmıĢtır. Burada, 1911'den beri (100 yıl önce) ABD'de
uygulanan su mühendisliği uzmanlık sistemi verilmiĢtir.
Bilindiği gibi Ġngilizcede inĢaat mühendisliği civil engineering olarak adlandırılmaktadır.
Aslında sivil (civil) kelimesi, askeri olmayan, medeniyetle ilgili, altyapılarla ilgili anlamlarına
gelir. ĠnĢaat mühendisinin Ġngilizcesi Civil Engineer, Arapçası Mühendis-i Medeni’ dir.
Türkiye'de ise inĢaat mühendisliği çoğu kimse tarafından sadece yapı mühendisliği olarak
algılanmaktadır.
ABD'de bu inĢaat (civil) mühendislik bölümünün 5 ana kolu vardır. Bunlar 1. ĠnĢaat
(construction), 2. Geoteknik (geotechnical), 3. Yapı (structural) 4. UlaĢtırma (transportation) ve
5. Su (su kaynakları ve çevre: water resources and environmental) mühendislikleridir.
ĠnĢaat mühendisliğinde veya herhangi bir mühendislik dalında uzman olabilmek için atılması
gerekli 5 adım Ģunlardır.
1. Bir mühendislik diplomasına sahip olmak,
2. Mühendisliğin temelleri (Fundamentals of Engineering, FE) sınavımı geçmek,
3. Konu ile ilgili bir iĢte çalıĢıp tecrübe kazanmak,
4. Kayıt için baĢvurmak,
5. Uzman Mühendislik (Professional Engineering, PE) sınavında baĢarılı olmak.
Mühendislikte uzmanlık elde etmek, zaman, sabır ve çok çalıĢmayı gerektirir. Fakat be unvanı
alan mühendise pek çok kapılar açılır ve buna ulaĢmak pek çok emeğe değer.
7.2.Mühendisliğin Temelleri Sınavı
Bu sınava son sınıfta veya mezun olduktan sonra katılabilmek mümkündür. Sınava hazırlık için
Ġngilizce kitaplardan çalıĢılmaktadır. Sınav için belli bir ücret ödenmektedir. Sınav sabah ve
öğleden sonra olmak üzere iki kısımdan oluĢmaktadır.
7.2.1.Sabah genel sınav oturumu
Sabah Genel sınavı 120 soru içerir ve her soru 1 puandır. Bu sınavın konuları: 1 Kimya, 2.
Bilgisayarlar, 3. Dinamik, 4. Elektrik devreleri, 5. Mühendislik ekonomisi, 6. Etik, 7. AkıĢkanlar
mekaniği, 8. Malzeme bilimi, 9. Cisimlerin yapısı, 10. Matematik, 11. Malzemelerin mekaniği,
12. Statik ve 13. Termodinamik.
7.2.2.Öğleden sonra genel sınav oturumu
Öğleden sonra yapılan ĠnĢaat mühendisliği sınavı da 60 sorudan oluĢur ve her soru 2 puandır.
Konuları Ģunlardır: 1. Bilgisayarlar ve nümerik analiz, 2. Yapı iĢletmesi, 3. Çevre mühendisliği,
4. Hidrolik ve hidrolojik sistemler, 5. Hukuk ve Meslek kavramaları (görüĢleri), 6. Zemin
mekaniği ve temeller, 7. Yapı analizi, 8. Yapı tasarımı, 9. Haritacılık, 10 Su saflaĢtırma ve
arıtma, 11.UlaĢım Tesisleri.
7.3.Uzman Mühendislik Sınavı
Su mühendisliğinde uzman mühendislik sınavı da iki kısımdan oluĢmaktadır. Sabah sınavında
çoktan seçmeli 40 soru, öğleden sonraki sınavda da 40 tane çoktan seçmeli soru sorulmaktadır.
Sabah sınav oturumunda inĢaat mühendisliğinin genel konuları, öğleden sonraki sınavda ise her
5 kol için ayrı ayrı özel konularından sorular çıkmaktadır (www.ppi2pass.com).
7.3.1.Sabahki sınav oturumu
ĠnĢaat Mühendisliği sabah sınav oturumunda ĠnĢaat (Construction) %20, Geoteknik %20, Yapı
%20, UlaĢtırma %20, Su (Su kaynakları ve çevre) %20 olmak üzere eĢit ağırlıklı beĢ tür soru
929
vardır. Her beĢ kolun be genel sınavdaki konuları önceden bellidir. Sabah sınav oturumunda su
kaynakları ve çevre ile ilgili soru çıkan konular Ģunlardır
a.ĠnĢaat (construction) (%20):
Toprak iĢleri ve yerleĢtirilmesi: Kazı ve dolgu, ödünç hacimler, yerleĢtirme krokisi ve kontrol.
Miktarlar ve Maliyetlerin Tahmini: Miktar belirleme metotları ve maliyet tahmini.
ĠĢ programı yapma: ĠnĢaat sırası, kaynakların programlanması, zaman- masraf çizelgesi.
Malzeme kalite kontrolü ve hazırlanması: Beton, zemin, asfalt gibi malzemelerin deneyleri.
Geçici yapılar: Bu yapıların inĢaat yükleri.
b.Geoteknik (geotechnical) (%20):
Yer altı incelemeleri ve numune alma: Zemin sınıflaması, zemin profilleri (delgi logların
yorumlanması)
Zeminlerin ve malzemelerin mühendislik özellikleri: Geçirgenlik, kaplama tasarım kriterleri.
Zemin Mekaniği analizi: Basınç dağılımı, yanal toprak basıncı, konsolidasyon, sıkıĢtırma, etkili
ve toplam basınçlar.
Toprak yapılar: ġev stabilitesi, plak döĢemeler.
Sığ temeller: TaĢıma kapasitesi, oturma.
Toprak destekleme yapıları: Ağırlık duvarları, payanda duvarlar, stabilite analiziz, payandalı ve
ankrajlı kazılar.
c.Yapı (structural) (%20):
Yüklemeler: sabit ve hareketli yükler, inĢaat yükleri
Analiz: Kesin analiz.
Malzemelerin mekaniği: Kayna ve moment diyagramı, eğilme, kayma, gerilme ve basınç,
sehim, birleĢik gerilmeler.
Malzemeler: Betonarme ve beton, hafif çelik, betonarme çeliği.
Parça tasarımı: kiriĢler, döĢemeler ve someller.
d.UlaĢtırma (%20):
Geometrik tasarım: Yatayda eğrilik, düĢeyde eğrilik, görüĢ mesafesi, dever, düĢey ve yatay
açıklıklar, hızlanma ve yavaĢlama.
e.Su (water resources and enviromental) (%20):
Kapalı Mecra Hidroliği: Enerji ve süreklilik denklemleri (Bernoulli), basınçlı mecralar (tek boru,
terfi hatları), basınçlı boru akım denklemleri (Hazen-Williams, Darcy- Weisbach), Sürtünme ve
yerel kayıplar boru Ģebeke analizi (Boru hattı tasarımı, dal Ģebekeler, düğüm Ģebekeler), pompa
uygulama ve analizi.
Açık Kanal Hidroliği: Serbest yüzeyli akım (Manning denklemi) menfez tasarımı, dolu savak
kapasitesi, enerji kırılması (hidrolik sıçrama, hız kontrolü) yağmur suyunun toplanması (yağmur
suyu ağızları, hendek akımı, sokak akımı, yağmur kanalı boruları), taĢkın yatakları/taĢkın yolları,
akım ölçümleri (açık kanal).
Hidroloji: Yağmur (fırtına) özellikleri (yağıĢ ölçümü ve dağılımı, YağıĢ frekansı, hidrograf
uygulamaları, yağıĢ Ģiddeti, süresi ve tekerrür eğrileri, toplanma zamanı, Rasyonel metot ve SSC
(Soil Conservation Service) metodu gibi akıĢ analizleri, erozyon, su tutma ve geciktirme
havuzları.
Atık Su Arıtma: Toplama sistemleri (terfi merkezleri, atık su Ģebekesi, sızma, giriĢ akımı.
Su Arıtma: Hidrolik yükleme, dağıtım sistemleri.
930
7.3.2.Öğleden sonraki sınav oturumu
Burada sadece su kaynakları ve çevre sorularının çıktığı konular üzerinde durulacaktır.
a.Su Kaynakları ve Çevre (%97,5):
Kapalı Mecra Hidroliği (%15): Enerji ve süreklilik denklemleri (Bernoulli), basınçlı mecralar
(tek boru, terfi hatları), basınçlı boru akım denklemleri (Hazen-Williams, Darcy- Weisbach),
Sürtünme ve yerel kayıplar, boru Ģebeke analizi (Boru hattı tasarımı, dal Ģebekeler, düğüm
Ģebekeler), pompa uygulama ve analizi, kavitasyon, kapalı mecra değiĢken akım analizi (su
darbesi,) kapalı mecra akım ölçümleri, momentum denklemi (çarpma blokları ve boru hattı
sınırlamaları).
Açık Kanal Hidroliği (%15): Serbest yüzeyli akım (Manning denklemi) menfez tasarımı, dolu
savak kapasitesi, enerji kırılması (hidrolik sıçrama, hız kontrolü), yağmur suyu ağızları, hendek
akımı, sokak akımı, yağmur kanalı boruları dâhil yağmur suyunun toplanıp uzaklaĢtırılması),
taĢkın yatakları/taĢkın yolları, nehir ve sel akımlar, açık kanalda akım ölçümleri, tedrici değiĢken
akım.
Hidroloji (%15): yağıĢın ölçülmesi ve dağılımı dâhil yağıĢ özelliklerinin belirlenmesi, yağıĢ
frekansı, değiĢken akım uygulamaları, hidrograf uygulamaları hidrografın geliĢtirilmesi ve
sentetik hidrograflar, yağıĢ Ģiddeti süresi ve frekansı eğrileri, toplanma zamanı, Rasyonel metot
ve SSC (Soil Conservation Service) metodu gibi akıĢ analizleri, akım frekans analizi ve ölçüm
istasyonları, akım hesapları, terleme, buharlaĢma ve sızma gibi su kayıpları, katı madde hareketi,
erozyon, su tutma ve geciktirme havuzları.
Yeraltı suyu ve kuyu konuları (%7,5): Akiferlerin özellikleri, Darcy Kanunu dâhil yer altı suyu
akımı, sızma analiziz, karalı akım için kuyu analiziz, drenaj ve inĢaat alanlarından suyun
çekilmesi dâhil yer altı suyunun kontrolü, su kalitesi analizi, yeraltı suyu kirlenmesi, birim
operasyonlar ve süreçler,
Atık Su Arıtma (%15): Atık su akım miktarları (ev, sanayi, iĢyeri), birim operasyonlar ve
süreçler, ön arıtma (birinci) (çubuk ızgaralar, sakinleĢtirme gibi.), ikinci arıtma, kimyasal arıtma,
toplama sistemleri terfi merkezleri, atık su Ģebekesi, sızma, geliĢ akımı), kirli su deĢarj izin
kriterleri, dıĢa akım limitleri, biyolojik arıtma, fiziksel arıtma, katı atıkların ele alınması
(koyulaĢtırma, kurutma sürekleri), çözümleĢtirmeler, mikroplardan arındırmalar, nitrifikasyon
veya nitratını giderme operasyonlar (koku kontrolü, korozyon kontrolü ve uygunluk), ileri arıtma
(besleyici bertarafı, filtreler, ıslak alanlar) faydalanmak üzere tekrar kullanma( sıvılar, canlı
atıklar, gazlar).
Su Kalitesi (%15): Akımda bozulmalar (sıcaklık, taban akımı, toplam çözülmüĢ katı atıklar
(TDS), zehirli Ģok sendromu (TSS), Biyokimyasal oksijen ihtiyacı (BOD)) , oksijen dinamikleri
(oksijenlenme, oksijensizleĢme, oksijen sarkma eğrisi), risk değerlendirme ve yönetimi,
zehirlilik biyolojik kirleticiler (su yosunları ve midyeler) kimyasal kirleticiler, (organik
maddeler, ağır metaller), canlı birikmesi, aĢırı beslenme (eutrophication) gösterge organizmalar,
testler, numune almalar ve izlemeler(QA/QC: Quality Assurance/Quality Control), laboratuar
iĢlemleri).
Su Arıtma (%15): talepler, hidrolik yükleme, ham ve arıtılmıĢ su dahil biriktirmeler, katı madde
hareketi, tat ve koku kontrolü, hızlı karıĢtırma, topaklanma ve yumaklanma, filtreleme,
mikroptan arındırma yumuĢatma ileri arıtma (memranlar, aktif karbon, tuzdan arındırma),
dağıtım sistemleri.
b.Mühendislik Ekonomisi (%2,5):
Hayat döngüsü modellemesi,
Değer biçme ve maliyet çıkarma.
931
7.4.Değerlendirme
O ülkede 2010 yılı sıralamasına göre mühendislikte ilk 15‘e giren üniversitelerin 7 tanesinin,
hatta ilk 3 tanesinin adının ĠnĢaat ve Çevre Mühendisliği Bölümü (Civil and Environmental
Engineering) olduğu belirlenmiĢtir. 15 taneden sadece 6 tanesinin adı ĠnĢaat Mühendisliği
Bölümü (Civil Engineering) ve 2 tanesinin ise Çevre Mühendisliği (Environmental Engineering)
Bölümü olduğu tespit edilmiĢtir. Yukarıdaki sınav sistemi incelenenice, niçin ABD'deki inĢaat
mühendisliği bölümlerinin hızla inĢaat ve çevre mühendisliği bölümüne dönüĢtürdüğü daha iyi
anlaĢılır. Bu sınav sistemi incelenmeli ve eğitim sistemi ve su mühendisliği uzmanlığı dünya
Ģartlarına göre yeniden gözden geçirilmelidir.
8.SU MÜHENDĠSLĠĞĠNDE HEDEFLER
8.1.Genel
Türkiye, Cumhuriyetin 100. yılı olan 2023‘te dünyadaki ilk 10 ekonomi arasına girmeye ve
ihracatını 500 milyar dolara çıkarmaya hedeflenmiĢtir. Özel ve kamu sektörleri bu kalkınma
hedefine ulaĢmak için adımlarını hızlandırmıĢtır. Ülke yönetimi her iki sektörün önünü açmaya
çalıĢırken, yarıĢta özel sektör birkaç adım öne geçmiĢ durumdadır. Bu kalkınma hamlesinde
suyun paydaĢları olan kiĢi ve kuruluĢlara ne görevler düĢüyor? Ülkelerin ekonomisi çoğunlukla
ihracata dayanmaktadır. Ġhracat ise iyi yetiĢmiĢ insan gücüne ve teknolojiye bağlıdır.
Bilindiği gibi üniversitelerin eğitim yanında bilim, teknoloji ve sanatta araĢtırma ve geliĢtirme
görevleri vardır. Ayrıca en özgür ortamda fikirler ve ürünler geliĢtirmeleri beklenir. Üniversiteler
bu çalıĢmaları ile bulundukları ülkeye, insanına hatta bütün insanlığa önemli katkı ve hizmetler
sunmuĢ olmaktadırlar. Bu çalıĢmalarda üniversiteleri dünya çapında değerlendirmek için
ölçekler geliĢtirilmiĢtir. Bunlar uluslar arası bilimsel yayınlar, ödüller ve patentlerdir. Dünyadaki
üniversiteler bazı ulusal ve uluslararası kuruluĢlar tarafından izlenmekte, her yıl baĢarılarına göre
sıralanmakta, adeta yarıĢtırılmaktadırlar.
Üniversitelerimiz kaliteli eğitim yanında, bilim, teknoloji ve sanatta bu dünya yarıĢına katılarak
üzerlerine düĢen görevleri yerine getirmelidir.
Su kaynakları ile ilgili olarak ülkemizde gerek altyapı gerekse üst yapıda atılması gereken pek
çok adım ve yapılması gereken daha pek çok iĢ vardır.
8.2.Su Mühendisliği Eğitimi
Üniversite ve Bölümlerin BaĢarısı: ÇeĢitli ülkelerde olduğu gibi, Türkiye‘de de her yıl
üniversitelerin ve onların bölümlerinin durumları izlenmeli, standart ölçeklerle değerlendirilmeli
ve sıralanarak kitap halinde yayınlanmalıdır. Bu Ģekilde üniversite adayları, veliler, iĢ insanları
ve kurumlar bilgilendirilmiĢ olacaklardır. Böyle bir yarıĢma üniversite yöneticilerini ve
çalıĢanları daha verimli olmaya teĢvik edecektir ve dolaysıyla üniversite ve bölümlerin kalitesi
yükselecektir. Bunu YÖK gibi tarafsız bir kurum yapabilir.
Eğitimin Kalitesi: Her Ģeyden önce eğiticiyi iyi yetiĢtirmek gerekir. Eğitimin kalitesi, bilhassa
lisansüstü derslerin seviyesi yükseltilmesi gerekir. Ancak öğretim üyesi yetiĢtirmede taĢıma su
ile değirmen çevirmeye çalıĢıyoruz. Bazı konularda iyi bir alt yapı oluĢturarak bazı
elemanlarımızız ülkemizde yetiĢtirmeliyiz. Artık belli mükemmellik merkezleri oluĢturarak hiç
değilse belli konularda dünya çapında birkaç kurum oluĢturabiliriz. Bu kurumlar baĢarılarına
göre yurt dıĢından da öğrenci çekebilir.
1988-1923 yılları arasında mezun olan sayısı 432 iken, 2011 yılında ĠnĢaat Mühendisleri
Odasına kayıtlı üye sayısı 80.000‘i aĢmıĢtır. Toplam mühendis sayısı ise 400 bini geçmiĢtir.
Artık kalite üzerinde durulmalıdır.
932
Üniversitelerin lisans programları gözden geçirilmeli ve ülke Ģartları ve dünya kriterleri
incelenerek daha iyi eğitim verebilmek için lisans bölümleri yeniden gözden geçirilmeli, su ile
ilgili yüksek lisans ve doktora programları tamamıyla değiĢtirilip iyi yetiĢmiĢ elemanlarla üstün
kaliteli programlar haline getirilmelidir.
Türkçe kitapların yazılması teĢvik edilmelidir.
Mühendislerin bildirili veya bildirisiz ulusal ve uluslarası su toplantılarına katılmaları
sağlanmalıdır.
Kurumlarda çalıĢanların meslekleri ile ilgili yenilikleri öğrenebilmeleri için meslek içi eğitim
çalıĢmaları sürdürülmeli ve arttırılmalıdır.
8.3.Su Mühendisliğinde Uzmanlık
Her sahada ve her mühendislik dalında olduğu gibi, su mühendisliği konusunda da Türkiye‘de
artık dünya standartlarına uygun, dünya ile yarıĢabilir çapta bir uzman mühendis sistemi
kurulması gerekir.
8.4.Su Mühendisliğinde Bilim
Bilim ve Teknoloji Politikaları: Türkiye‘nin bilim ve teknoloji politikaları yeniden gözden
geçirilmeli ve güncellenmelidir. Ülkenin uzun vadeli araĢtırma konuları ve stratejik hedefleri
açıkça ortaya konmalı ve bu amaçlara ulaĢmak için gerekli insan gücü, mali kaynak ve hukuki alt
yapı oluĢturulmalıdır.
AraĢtırma Destek Kurumları: AraĢtırmaları destekleyen TÜBĠTAK‘ın 2002 yılında bütçesi 243
milyon TL iken, 2008 yılında 1 milyar TL olmuĢtur. Yani 6 yılda 4 kattan fazla artmıĢtır. Fakat
diğer ülkeler dikkate alındığında bu bütçenin daha da arttırılması gerektiği anlaĢılır. Ayrıca fen
bilimleri yanında sanat ve sosyal bilimleri de destekleyen kurumlara büyük ihtiyaç vardır.
Türkiye‘de üniversite sayısı 160‘a yaklaĢtı. Bugünkü teknoloji iĢe farklı Ģehirlerde ve farklı
ülkelerde çalıĢan bilim insanları anında birbirleri ile görüĢebilmekte ve bilgi ve düĢüncelerini
yazılı veya sözlü anında birbirine aktarabilmektedir. Bu durumda, ayrı kurumlarda, hatta ayrı
Ģehir ve ülkelerde olsalar bile bilim insanlarının beraber çalıĢması ortak çalıĢmalar yapması çok
kolaylaĢmıĢtır. Ayrıca bilgisayarlar vasıtasıyla bilgi kaynaklarına ulaĢmak giderek geliĢmektedir.
Su ile ilgili bölge ve ülke problemleri ile ilgili daha çok yayın ve daha çok araĢtırma yapılması
beklenmektedir. 1950‘lerde su konusunda çalıĢan öğretim üyelerinin sayısı iki elin parmaklarını
geçmediği halde günümüzde bu sayı 100‘lerle ifade edilmektedir. Üniversiteler mühendislik
problemlerinin çözümü için çeĢitli matematik modeller geliĢtirebilirler. Bu arada paket
programlar geliĢtirip dıĢa bağımlığın en az seviyesine indirilmesi gerekir.
8.5.Su Hukuku ve TeĢkilatı
1. Avrupa Birliği Mevzuatı: Avrupa Birliği ve diğer ülkelerdeki su mevzuatı ve teĢkilatlanmaları
iyi izlenmelidir.
2. Mühendislik, müteahhitlik, müĢavirlik ve denetim konularında güçlü kuruluĢların özel ve
resmi kesimde oluĢturulması yolları açılmalıdır.
3.Uluslararası Müteahhitlik karnesi: Uluslararası müteahhitlik karne alımlarının teĢvik edilmesi
Ģarttır.
4. Su Hukuku: Günün ihtiyaçlarına göre kanunlara dayanan yönetmelikler, yönergeler
hazırlanmalı. Gerekli ise kanun değiĢiklileri önerilmeli, hatta yeni kurumlar kurulmalıdır.
5. Kılavuzlar, standartlar, proje kriterleri ve teknik Ģartnameler: Bunların devamlı
güncelleĢtirilmesi lüzumludur.
6. Sivil Toplum KuruluĢları: Su ile ilgili kadın, gençlik ve uzmanlık gibi sivil toplum
kuruluĢlarının kurulup geliĢmesi sağlanmalıdır. KurulmuĢ olanların güçlendirilmesi ve daha
verimli hale getirilmesi gerekir.
933
8.6.Su Mühendisliği ve Teknolojileri
8.6.1.Tatlı su kaynaklarında hedefler
1. Yeni su kaynakları geliĢtirilmesi: Türkiye‘de özellikle Ege ve Marmara bölgelerinde yüzey su
kaynakları değerlendirilmiĢ ve son sınırlara kadar kullanılmıĢ durumdadır. Bölgelerde Ġstanbul
ve Ġzmir dıĢında diğer Ģehirler de hızla büyümektedir. Bunun için yeni su kaynakları
geliĢtirilmesi gerekir.
2. Yer altı sularından faydalanma: Yeraltı sularına daha fazla ağırlık verilebilir.
3. Yağmur sularını değerlendirme: Yağmur sularının toplanıp değerlendirilmesi
4. Denizden su sağlanması: Bu teknoloji geliĢtirilmeli ve uygulamaya hazır hale getirilmelidir.
5. Sisten su sağlanması: Bilimi incelenmelidir.
6. Biriktirme yapıları, depolar, dağıtım Ģebekeleri tamamlanmalıdır.
7. Kaçak ve kayıpların azaltılması: Bazı yerleĢim merkezlerinde %50‘ye varan kaçak ve kayıplar
olduğu bilinmektedir. Bu kayıplar azaltılmaya çalıĢılmakla birlikte kaçak tespit, kontrol ve
önlemede kullanılacak tekniklerin ülkede geliĢtirilmesine ihtiyaç vardır.
8. Sulama tekniklerinin geliĢtirilmesi: Sulamada kayıpları azaltıp verimi artırmak ve basınçlı
borularda sistemin her noktasına eĢit su vermek gibi sulama teknikleri araĢtırılmalıdır.
9. Hidroelektrik potansiyel: Bütün hidroelektrik potansiyel değerlendirilmelidir.
10. Tatlı su balıkçılığının geliĢtirilmesi: Akarsu, göl ve baraj göllerinde balık ve diğer su ürünleri
sistemlerinin geliĢtirilmesi. Balık geçitlerinin etkili ve yaygın kullanılması elzemdir.
11. Ġç sularda taĢıma sistemlerinin geliĢtirilmesi: Ġç sularda yük ve yolcu taĢımacılığı ve tekne
gezintiler için bir birimin veya alt birimin teĢkilatlandırılması faydalı olur.
12. YerleĢim merkezlerinde su mekânları oluĢturulması: YerleĢim yerlerinde göletler, Ģelaleler,
fıskiyeler, hatta boğazlar yapılarak mekânların güzellik ve kalitesi arttırılmalıdır.
13. Tatlı sularda ölçme aletleri: Akarsularda, hız, debi, sıcaklık, katı madde, kirlilik gibi
ölçümlerde ölçme aletleri ve metotlarının geliĢtirilmesi.
14. Tatlı sularda ölçmeler: Tatlı sulardaki ölçümlerin düzenli yapılması, verilerin toplanması,
arĢivlenmesi, saklanması ve daha kolay kullanılır hale getirilerek yayınlanması lüzumludur.
15. Ülkede baraj ölçme aletlerinin üretimi ve ölçme metotlarının geliĢtirilmesi gerekir.
16. TaĢkınlar: Akarsu taĢkınları ile mücadelenin geliĢtirilmesi: Türkiye‘de çok fazla sel meydana
gelmektedir.
17. Yapı izolasyonları: Binaların çatı, duvar ve temel su izolasyonlarının iyileĢtirilmesi
18. Toprak kaymaları: Toprak kaymaları ile mücadelenin geliĢtirilmesi,
19. Çığla mücadele: Toprakların bir kısmında rakım yüksek ve eğim fazla olduğundan çığlar her
yıl can ve amal kayıplarına sebep olmaktadırlar.
20. Toprak erozyonu: Toprak erozyonu ile mücadele:
21. Ağaçlandırma yapılması: Ağaçlandırma; toprak erozyonu, toprak kayması, kaya düĢmesi,
çığ düĢmesi ve kuraklıkla mücadelelerin en etkili ve en eski yoludur. KiĢiler, Kurumlar, okullar,
kıĢlalarla seferberlik yapılıp Türkiye‘nin çölleĢmesi önlenmelidir.
22.Köprü ve Menfezler: Pek çok yolda köprü ve menfezler su mühendisliği fen ve bilim
kurallarına uygun yapılmadığı için pek çok köprü, yol ve menfez yeteriz kalmakta ve can ve mal
kaybı meydana gelmektedir.
23. Kuraklık: Kuraklıkla mücadele metotlarının değerlendirilmesi
24. ġehirlerde yağmur suyu projeleri tamamlanmalıdır.
25.Kanalizasyon Ģebekeleri: YerleĢim yerlerinde bütün kanalizasyon Ģebekeleri
tamamlanmalıdır.
26.Ġklim değiĢikliği: Ġklim değiĢikliğinin olumlu ve olumsuz etkileri değerlendirilmeli ve
olumsuzların etkisi azaltma tedbirlerinin alınması
27.Yer altı suları her türlü kirlenmelere karĢı korunması gerekir.
28. Su kirliliğinin önlenmesi gerekir.
934
29. Göl ve nehir kirliliklerinin önlenmesi önemlidir.
30. Ġçme suyu arıtma sistemlerinin geliĢtirilmesi üzerinde durulmalıdır.
31. Atık su arıtma sistemlerinin geliĢtirilmesi: ġehirlerde ve özellikle büyük Ģehirlerde atık su
arıtma sistemleri için geniĢ alanlar gerekli olmaktadır. Bunun için az yer gerektiren yeni
teknolojiler ve metotlar geliĢtirilebilir.
32. Jeotermal enerjiden faydalanmayı verimli hale getirme metotlarının geliĢtirilmesi
33. YerleĢim yerlerinde, özellikle büyük Ģehirlerde musluklardan içilebilir su akıtılmasının
sağlanması.
34. Dere ıslahı: Dere ıslahı standartlarının dünya standartları esas alınarak yeniden gözden
geçirilmesi: Dünyanın çeĢitli yerlerinde uygulanmıĢ pek çok dere ıslahı projesi var. Bunların iyi
izlenmesi ve dere ıslahı konusunda otorite boĢluğunun kaldırılması önemlidir. Hala dikdörtgen
beton duvarlarla derelerin ıslah edildiğini gördükçe ve dıĢarıdaki bazı güzel uygulamalarla
karĢılaĢtıkça üzülmemek elde değil.
35. Su teknolojileri: Türbin jeneratör, pompa, su sayaçları, basınç düĢürme sistemleri gibi
kısımların teknolojilerinin Türkiye‘de geliĢtirilmesi ve üretilmesi istenmelidir.
36. Baraj güvenliği: Baraj güvenliği konusunda alt yapıların güncelleĢtirilmesi
37. Paket programların geliĢtirilmesi: Nüfusu 5-10 milyonu geçmeyen bazı ülkelere bile önemli
paket program meblağları ödenmektedir. Bu yazılım programları konusunda ve hidroinformatik
konusunda çalıĢmaların geliĢtirilmesi düĢünülmelidir.
38. Uydu fotoğraflar, uzaktan algılama teknikleri, insansız araçlar ve coğrafi bilgi sistemlerinin
ülke içinde geliĢtirilip su konularında daha yaygın kullanılması için programlara
yerleĢtirilmelidir.
39. Patentler: Patent konularında teĢvikler verilmesi
40. Su Kaynakları envanteri: Türkiye su kaynakları envanterinin yeniden sağlıklı olarak ortaya
konması: Su kaynakları potansiyelimiz en son 1981‘de belirlenmiĢtir. Bu arada pek çok baraj ve
sulama sistemi yapıldı. Dolayısıyla, iklim değiĢikliği etkisi azsa bile, buharlaĢma kayıpları çok
değiĢmiĢtir.
41. Tarım ovalarının su kirliliğinden Korunması: Ergene, Gediz gibi ovalar kirli sulardan dolayı
tehlike altındadır.
42. Hidrojen enerjisi: Hidrojen enerjisi teknolojileri alt yapılarının oluĢturulması
43. Su teknolojileri Bölümleri: Çok sayıda mühendis çalıĢtıran kurum ve kuruluĢlarda su
teknolojileri bölümleri kurulması
44. Birim Fiyat Analizleri: Birim fiyat analizleri malzemelerdeki ve teknolojideki geliĢmeler
doğrultusunda yenilenmesi gerekir.
ĠĢçi sağlığı ve iĢ güvenliği: ĠĢçi sağlığı ve iĢ güvenliği konularına gereken önemin verilmesi
46. Bakım, onarım ve iĢletme: Yapılan tesislerin bakım, onarım ve iĢletmesinin günün ileri
teknolojileri ile yapılması
47. Çevre Hassaslığı: ÇalıĢmalar, tesisler yapılırken tabiattaki ekolojik ve çevre dengesi
bozulmamalıdır.
8.6.2.Tuzlu su kaynaklarında hedefler
Tatlı su kaynakları için gerekli çalıĢmaların çoğu tuzlu su kaynakları için de geçerlidir. Ayrıca
aĢağıdaki hususlara önem verilmelidir.
1. Denizden enerji sağlanması: Deniz dalgası, gel-git ve akıntılardan enerji elde edilmesi
2. Dünya standartlarında limanlar ve tersaneler yapılması
3. Dere ağızları: Dere ağızlarının ıslah edilmesi
4. Deniz Suyundan içme suyu elde edilmesi
5. Denizlerdeki ölçümlerin sitemli hale getirilmesi, verilerin toplanması, arĢivlenmesi ve kolay
kullanılır hale getirilerek yayınlanması Ģattır.
935
6. Denizlerle ilgili çalıĢmaların geliĢtirilmesi: Denizle ilgili çalıĢmalar genellikle büyük zorluklar
içerdiğinden maliyetleri ve teknolojileri yüksek iĢlerdir. Türkiye‘nin uzun deniz kıyıları
olmasına rağmen denizciliğimiz henüz dünya standardında geliĢmemiĢtir.
7. Deniz de dalga akıntı, su seviyesi, tuzluluk, kirlilik ve diğer özelliklerin ölçe aletlerinin
üretimi ve ölçe metotlarının geliĢtirilmesi.
8. Deniz Balıkçılığının geliĢtirilmesi,
9. Boru hatları ve kabloların denizlerde ve kıyıda döĢenmesi
10. Deniz suyunun soğutma suyu olarak kullanılması.
11. Deniz kirliliğinin önlenmesi ve kıyıları denize girilecek Ģekilde temiz tutulması
12. Deniz kıyı düzenlemelerinin yapılması,
13. Deniz taĢkınlarının önlenmesi
14. Deniz suyundan hidrojen enerjisinin elde edilmesi.
15. Büyük ve geliĢmiĢ gemiler yaparak dünya yarıĢına katılmamızın sağlanması.
8.7.Diğer Ülkelerle Diyalog
Su konularında komĢu ülkelerle ve diğer ülkelerle diyalogları geliĢtirmek için su teknolojileri ve
su politikaları konusunda uzmanlaĢmıĢ, ilgili ülkenin lisanını bilen insanların yetiĢtirilmesine
ihtiyaç vardır.
SON SÖZ
1923‘te insan ve toprak kaynakları tüketilmiĢ bu ülkede nüfusun %75 köylerde yaĢamaktadır.
Arada geçen zaman içinde Ģehir nüfusları hızla artmıĢ ve günümüzde Ģehir nüfusu yüzdesi %
75‘lere ulaĢmıĢtır. Alt yapı tesisleri ihtiyaçlarında büyük artıĢlar olmuĢtur. Cumhuriyetin
kuruluĢundan beri büyük çalıĢmalar yapılmıĢ ve önemli alt yapı tesisleri gerçekleĢtirilmiĢtir.
Artık su konularında kaliteye daha fazla önem vermemiz gerekiyor. Su ile ilgili bütün paydaĢlara
önemli görevler düĢmektedir.
Tatlı su, fertler, toplumlar ve devletler için hatta bütün canlılar için vazgeçilmez bir maddedir.
Yarı kurak bölgede olan Türkiye‘de su üzerinde çok ciddi durulması gerekir.
Denizlerimizin kullanımında dünya ile yarıĢır ve Türkiye‘ye yaraĢır bir hale gelmemiz gerekir.
Enerji konusu fertlerin ve ülkenin diğer en önemli konularından biridir.2010 yılında Enerji
ithalatı 40 milyarı doları aĢtı. Enerjinin toplam ithalattaki payı yüzde 21 oldu. Yıllık tüketim
artıĢı ortalama %7 civarındadır. Bu ise 10 yılda ihtiyacın iki katına çıkacağını göstermektedir.
Su, toprak, hava ve ateĢ (enerji) ile baĢladığımız konuĢmayı, yine su, hava, toprak ve enerjinin
önemlerini, vazgeçilmezliklerini ve onlarsız olunamayacağını vurgulayarak bitirelim.
KAYNAKLAR
1. Ağıralioğlu, N., Baraj Güvenliği, Beta Yayınevi, Ġstanbul, 2011a.
2. Ağıralioğlu, N., Baraj Plânlama ve Tasarımı (Baraj Gövdeleri), Cilt 2, 2. Baskı, Beta
Yayınevi, Ġstanbul, 2011b.
3. Ağıralioğlu, N., Baraj Plânlama ve Tasarımı (ÇıkıĢ Yapılar), Cilt 3, Su Vakfı, Ġstanbul, 2007a.
4. Ağıralioğlu, N., Baraj Plânlama ve Tasarımı (Plânlama Esasları), Cilt 1, 2. Baskı, Su Vakfı,
Ġstanbul, 2007b.
5. Ayverdi, Ġ., Misalli Büyük Türkçe Sözlük, 3 Cilt, Mas Matbaacılık, 2005.
936
6. Bilen Ö., Türkiye‘nin Su Gündemi: Su Yönetimi ve AB Su Politikaları, Umut Baskı,Ankara,
2008.
7. Cech, T.V., Principles of Water Resources: History, Development, Management, and Policy,
2. Edition, Wiley, 2005.
8. Emoto, M., Suyun Gizli Mesajı, KuraldıĢı Yayıncılık, Ġstanbul, 2005.
9. Erkek, C., Ağıralioğlu, N., Su Kaynakları Mühendisliği, 6. Baskı, Beta Yayınevi, 2010.
10. Kanar , M., Farsça- Türkçe Sözlük, Say Yayınevi, 2010.
11. ĠSKĠ, Su Medeniyeti ve ÇeĢmeler, ġan Ofset, Ġstanbul, 2009.
12. KaĢgarlı, Mahmud, Divanü lügat-it Türk, Kabalcı Yayınevi, 2007.
13. Kılıç, A., Sudan Sanata, ĠSKĠ Genel Müdürlüğü, 2008.
14. Kültür Bakanlığı, KarĢılaĢtırmalı Türk Lehçeleri Sözlüğü, Kültür Bakanlığı, Kaynak Eserler,
Ankara,1991.
15. Mcharthy, J, Ölüm ve Sürgün, 3. Baskı, Ġnkılâp Kitabevi, 1995.
16. Oğuz, S., Su Raporu,Ebru Matbaacılık, Ġstanbul, 2009.
17. ÖziĢ, Ü., Historical Dams in Turkey, DSĠ Matbaası, Ankara, 1999.
18. Saraçoğlu, H, Bitki Örtüsü, Akarsular ve Göller, Milli Eğitim Basımevi, 1990.
19. ġehsuvaroğlu, L., Su BarıĢı: Türkiye ve Ortadoğu Su Politikaları, GümüĢmotif Yayınları,
Ġstanbul, 1997.
20. www.ppi2pass.com.
21. Zehir C., Ortadoğu‘da Su Medeniyetlerinden Su SavaĢlarına, Özener Mat., Ġstanbul, 2003.
937
ĠSTANBUL ULUSLARARASI SU FORUMU’NUN TEMATĠK SÜRECĠNĠN
SU MÜHENDĠSLĠĞĠ AÇISINDA DEĞERLENDĠRĠLMESĠ
Hamza ÖZGÜLER
Devlet Su ĠĢleri Genel Müdürlüğü, ANKARA
[email protected]
Ġstanbul Uluslararası Su Forumu (www.iusf.org.tr), 5. Dünya Su Forumu hazırlık sürecinde fiili
olarak oluĢmuĢ, 2009 ġubat ayında ilk toplantısını yapmıĢtır. ĠUSF‘nun, BeĢinci Dünya Su
Forumu sürecinde oluĢan bilgi birikimlerinin bir ileri safhaya getirilerek daha kapsamlı ve
kurumsal bir çerçevede kalıcı olmasının sağlanması ve devamı fikri o zamanki Çevre ve Orman
Bakanlığı‘mızın yönlendirmesi çerçevesinde DSĠ Genel Müdürlüğünce geliĢtirilmiĢ ve
uygulamaya konmuĢtur. Dünya Su Forumlarından 1 yıl önce, her 3 yılda bir yapılmakta olan
Ġstanbul Uluslararası Su Forumu, ülkemiz ve bölgemiz için su alanında en önemli oluĢumlardan
biri olarak görülmektedir. Ġstanbul Forumu‘nun, Bölgesel su önceliklerine odaklanması, Dünya
Su Forumlarının bölgesel bileĢeniyle bağlantılı olarak, Stokholm Dünya Su Haftası ve Singapur
Su Günleri gibi uluslararası bir etkinlik Ģeklinde düzenlenmesi öngörülmektedir. Bu çerçevede,
2. Ġstanbul Uluslararası Su Forumu da DSĠ Genel Müdürlüğü tarafından 3-5 Mayıs 2011
günlerinde Ġstanbul‘da Haliç Kongre Merkezinde düzenlenmiĢtir.
BeĢinci Dünya Su Forumu‘ndan önce ġubat 2009‘da baĢarıyla 1.Ġstanbul Uluslararası Su
Forumu‘nu gerçekleĢtirilmiĢtir. Uluslararası nitelikte olan bu Forum‘umuzun amacı hem Dünya
Su Forum‘una ön hazırlık yapıp bilgi alıĢveriĢinde bulunmak, hem de küresel su problemlerine
çözüm bulmak için geniĢ katılımlı ve bir marka haline dönüĢtürebileceğimiz uluslararası nitelikte
bir etkinlik düzenlemektir. BeĢinci Dünya Su Forumu‘nda gösterilen üstün baĢarı ve emek
sayesinde Türkiye‘nin su konusundaki önemli rolü uluslararası alanda yeniden görülmüĢ ve
kazanılan bu rolün kaybedilmemesi için çalıĢmaların devam etmesi zaruri bir hal almıĢtır.
Nitekim Dünya Su Forumu‘ndan kazanılan bilgi ve deneyimler 2.Ġstanbul Uluslararası Su
Forumu‘nun temelini oluĢturmuĢtur. Ġstanbul Uluslararası Su Forumu, her Dünya Su
Forumu‘ndan bir yıl önce yapılacaktır.
3 – 5 Mayıs 2011 günlerinde Ġstanbul‘da Haliç Kongre Merkezi‘nde ikincisi yapılan Ġstanbul
Uluslararası Su Forumu‘nun ilki, BeĢinci Dünya Su Forumuna hazırlık niteliğinde 14-15 ġubat
2009 tarihinde, Ġstanbul‘da gerçekleĢtirilmiĢtir. BeĢinci Dünya Su Forumu için bir hazırlık
toplantısı niteliğinde olan bu Forum süresince, katılımcıların BeĢinci Dünya Su Forumu‘nun
tematik sürecinde ne düzeyde etkin rol alabileceği konusunda katılımcılar bilgilendirilmiĢtir.
Ayrıca BeĢinci Forum‘un koordinatörlerine bölgesel süreç kapsamında yapılan etkinlikler
hakkında bilgiler vermiĢlerdir. Bunun yanında, 1. Ġstanbul Uluslararası Su Forumunda,
Türkiye‘den katılan sivil toplum örgüt temsilcileri, BeĢinci forum‘da nasıl bir yol izleyecekleri
konusunda görüĢ alıĢveriĢinde bulunmuĢlardır.
I. Ġstanbul Uluslararası Su Forumu, BeĢinci Dünya Su Forumu‘nun bölgesel ve tematik
süreçlerindeki bileĢenleri arasında bir eĢgüdüm, paydaĢları arası görüĢ alıĢveriĢi toplantısı
939
Ģeklinde olmuĢtur. Bu toplantı sayesinde katılımcılar süreç hakkında bilgilendirilmiĢ ve 5.Dünya
Su Forumu‘nun daha etkin gerçekleĢmesine katkıda bulunulmuĢtur.
Ana teması "Bölgesel Su Sorunları ve Çözüm ArayıĢları: Ġstanbul BakıĢı‖ olan Ġstanbul
Uluslararası Su Forumu 3-5 Mayıs 2011 tarihinde gerçekleĢmiĢtir. Forum politik, tematik ve
bölgesel süreçlerden oluĢmaktadır. Politik sürecin, bakanlar seviyesinde toplantılardan oluĢması
öngörülürken; tematik sürecin de 6 alt baĢlık altında değerlendirilecek 26 toplantı halinde olması
hedeflenmektedir. Bölgesel süreçte ise Türkiye ve çevresindeki bölgelerle alakalı gerçekleĢtirilen
hazırlık toplantılarının devamı niteliğinde kapalı özel toplantılar gerçekleĢtirilmiĢtir. Ġstanbul
Uluslar arası Su Forumunun ele alacağı konular öncelikle, Türkiye ve civarında mevcut su
sorunları ve çözümleridir. Forum‘un çıktıları, Altıncı Dünya Su Forumuna da bölgesel girdi
teĢkil edecektir.
Ġstanbul 5. Dünya Su Forumu Yerel ve Bölgesel Yönetimler toplantısında 52 ülkenin belediye
baĢkanınca imzalanan ―Ġstanbul Su Mutabakatı‖, imza atan Ģehirlerin Binyıl Kalkınma Hedefleri
doğrultusunda su yönetimi stratejilerini geliĢtirmelerini ve ĢehirleĢme, iklim değiĢikliği ve diğer
küresel baskıları yerel düzeyde ele almalarını talep etmektedir.
Halıhazırda 700‘den fazla sayıda Ģehrin imzalamıĢ bulunduğu Ġstanbul Su Mutabakatı, suyun
kamu malı olduğu için kaliteli suya eriĢimin tüm insanların en temel haklarından biri olduğunu
savunan ve kentsel ve kırsal su problemlerini yerel, ulusal ve küresel gündeme taĢıyan bir
taahhütnamedir. Bu mutabakat, kaynakların eĢit dağılımın sağlanabilmesi için devletler
düzeyinde iĢbirliklerine ihtiyaç duyulduğunu ve iklim değiĢikliği nedeniyle belediyelere artık
daha büyük görevler düĢtüğünün de altını çizerek belediye baĢkanları ve yerel otoriteleri kentsel
su kaynakları yönetimi konusunda ortak bir taahhüde çağırma amacını taĢımaktadır.
Yerel ve bölgesel idarelerin sorunları analiz etmeleri ve baĢa çıkabilmeleri için eylem planları
hazırlamaları üzerine oluĢturulan yeni bir anlaĢma olan Ġstanbul Su Mutabakatı hâlen imzaya
açıktır. 2. Ġstanbul Uluslararası Su Forumu, Ġstanbul Su Mutabakatı‘nı ve Ġstanbul Su Rehberi‘ni
yeniden değerlendirmek için de bir fırsat olacaktır. 2. Ġstanbul Uluslararası Su Forumu sırasında,
Ġstanbul BüyükĢehir Belediyesi BaĢkanlığı uhdesinde ve eĢgüdümünde, Ġstanbul Su Mutabakatı
konulu özel bir oturum gerçekleĢtirilmiĢtir.
2. Ġstanbul Uluslararası Su Forumu ayrıca, Türkiye çevresindeki ülkelerden davet edilen su ve
çevre ile ilgili katılımcı Bakanlar 3 Mayıs 2011 tarihinde Conrad Ġstanbul Oteli‘nde
düzenlenecek Bakanlar Toplantısında ağırlanacaktır. ―Su için Bölgesel ĠĢbirliği‖ konulu
Bakanlar toplantısına 30‘dan fazla sayıda Bakan davet edilmiĢtir. Davetli Bakanlar arasında
Özbekistan, Bosna-Hersek, Arnavutluk, Fransa, Kazakistan, Bulgaristan, Fas, Yunanistan,
Cezayir, Suriye, Katar, Kırgızistan, Tacikistan, Ürdün, Makedonya, Libya, Ġran, Rusya, Kosova,
Azerbeycan, Türkmenistan, Suudi Arabistan, Irak, Gürcistan, Ermenistan, Lübnan, Moğolistan,
Kore Cumhuriyeti, Ermenistan, Nijer, Cibuti, Burkina Faso, KKTC ve Avustralya ülkelerin
Bakanları bulunmaktadır.
2. Ġstanbul Uluslararası Su Forumu, Orta Doğu, Orta Asya, Doğu Avrupa bölgeleri ve
Türkiye‘nin su ile ilgili sorunlarına odaklanarak söz konusu sorunlara çözüm bulmak amacıyla
bu bölgelerden uluslararası kuruluĢlar ile yerel uzmanların bir araya gelebileceği bir tartıĢma
ortamı sağlamıĢtır. Düzenlenen Su Fuarı sayesinde de küresel su Ģirketleri kendilerini tanıtma
imkanı bulmuĢlardır. Forum sırasında, tematik oturumlar, paneller ve diğer etkinliklere paralel
olarak, hem ulusal hem uluslar arası farklı kurumlar tarafından bir dizi yan etkinlik
düzenlenecektir. Diğer ülke ve uluslar arası su kuruluĢlarının Forum‘un bileĢenlerine katılımları
çok memnuniyet verici düzeydedir.
5. Dünya Su Forumu‘nun büyük baĢarısı küresel su topluluğu üzerinde fevkalade bir etki
yaratmıĢ ve Türkiye‘nin su alanında dünyanın önde devletleri arasındaki yerine yeniden iĢaret
etmiĢtir. Türkiye, 2. Ġstanbul Uluslararası Su Forumu‘nda bir kez daha suyun yakınlaĢtırıcı
özelliğini kullanarak tüm ülkelerin hem kendi su politikalarını hem de diğer ülkelerin su
940
politikalarını olumlu yönde etkileyerek ortak amaçlar doğrultusunda hareket edilmesini
pekiĢtirmiĢtir. ġüphesiz ki bu teĢekkül Türkiye‘nin kendi su politikalarının geliĢtirilmesinde de
bir düĢünce kurumu olarak önemli katkı sağlayacaktır.
Ġstanbul Su Forumu‘nda gerçekleĢen çeĢitli oturumlar hakkında aĢağıdaki bölümde biraz daha
ayrıntılı bilgi vermekte fayda görülmektedir.
Ġstanbul Uluslararası Su Forumu 3-5 Mayıs 2011 tarihinde Ġstanbul‘da gerçekleĢtirildi. Forum‘un
ana teması Bölgesel Su Sorunları ve Çözüm ArayıĢları - Ġstanbul BakıĢı" idi. Dünya‘nın dört bir
yanından, 1350‘si yabancı 4650, katılımla Ġstanbul‘un iki kıtayı buluĢturduğu yerde, Haliç
Kongre Merkezi‘nde, çok paydaĢlı etkileĢim içerisinde gerçekleĢen Forum süresince, 6 tema, 26
tematik oturum, 3 Üst Düzey Panel, 4 bölgesel odak toplantısı, DSĠ Genel Müdürlüğünün özel
oturumu, 19 yan etkinlikler, konserler, sergiler düzenlenmiĢtir. Bunun yanında Türkiye ve
çevresinden katılan Sayın Bakanlarla da 3 Mayıs günü Orman ve Su ĠĢleri Bakanımız Prof.
Veysel Eroğlu‘nun baĢbakanlığında bir Bakanlar Toplantısı oturumu yapılmıĢtır.
Tematik süreçte iĢlenen temalar Su Konusunda Bölgesel Teknik ĠĢbirlği, Enerji için Su, Tarımsal
Su Yönetimi, Küresel Ġklim DeğiĢikliği ve Su, Kentsel Su Yönetimi, Su Kaynakları Yönetimi ve
Su Kültürü Ģeklindedir.
Su Konusunda Bölgesel ĠĢbirliği Teması çerçevesinde iki oturum ve bir sentez oturum
düzenlenmiĢtir. Enerji için Su konusunda ise üç oturum düzenlenmiĢ olup sentez oturumda
sonuç çıkarılmıĢtır. Tarımsal su Yönetimi ile ilgili olarak da etkili su yönetiminin önemine vurgu
yapılırken bu çerçevede dört oturum düzenlenmiĢtir. Küresel Ġklim değiĢikliği ve Su konusu
iklim değiĢikliğinin su kaynaklarına turizme, doğal afetlere etkisi incelenmiĢ olup çözüm
önerileri yapılan bu dört oturum süresince üretilmeye çalıĢılmıĢtır. Kentsel Su yönetimi ve Su
kaynakları Yönetimi ve Su Kültürü yediĢer oturumda tartıĢılmıĢ ve forumun en uzun
oturumlarına sahne olmuĢtur. Bütün bu oturumlara çeĢitli akademisyenler, kamu kurum
çalıĢanları, hükümet temsilcileri, sivil toplum kuruluĢları, su paydaĢları katılmıĢladır.
Üst düzey panellerde ise Bütüncül Su Kaynakları Yönetimi ve Su-Gıda –Enerji bağıntısı ve
Kentsel Su Hizmetleri konularıyla ilgili üç adet üst düzey panel düzenlenmiĢtir. Bu paneller
forum süresince herkese açık olmuĢtur.
Bölgesel Odak Toplantıları kapsamında Orta Asya Odak Toplantısı: ―Gıda Güvenliği Odaklı
Tarımsal Sorunlar - Bölgesel ve Ulusal Perspektifler‖ Doğu Avrupa Odak Toplantısı: ―Bütüncül
Su Kaynakları Yönetimi‖ Orta Doğu Odak Toplantısı: ―Su ve Gıda Güvenliği ve Su Konusunda
Bölgesel Teknik ĠĢbirliği‖ Türkiye Odak Toplantısı: ―Tarımsal Su Yönetimi ve Gıda Güvenliği‖
düzenlenmiĢtir.
Bunlara ilaveten 19 adet yan etkinlik düzenlenmiĢtir. Bu etkinlikler çerçevesinde ele alınan bazı
konular ise Ģunlardır; 6.Dünya Su Forumu, kadın ve su politikaları, Su kaynakları yönetimi,
Suyun kalkınmadaki yeri ve önemi, Avrupa Su Çerçeve Direktifi, Ġstanbul su Mutabakatı.
Bu etkinliklere ek olarak Kültür Sanat Faaliyetleri düzenlemiĢtir. Su fuarı çerçevesinde ise
onlarca firma suyla ilgili ürünlerini sergileyip, kurumlarını tanıtma fırsatı yakalamıĢtır.
Ġstanbul Uluslararası Su Forumu‘nun tematik oturumlarından çıkan sonuçlar henüz rapor haline
getirilmektedir. Forum Web sayfasında da yayınlanması beklenen söz konusu oturumların
sonuçları su mühendisliği uygulamaları açısından değerlendirilerek bir sunum Ģeklinde
Sempozyum sırasında katılımcılara takdim edilecektir.
941
BARAJ HAZNELERĠNĠN TABANINDA BULUNAN KĠRLETĠCĠLERĠN SU
KALĠTESĠNE ETKĠSĠNĠN ZEMĠN SU KOLONU ETKĠLEġĠM
MODELĠYLE DEĞERLENDĠRĠLMESĠ
ġebnem ELÇĠ
[email protected]
Sinem Elif ġĠMġEK
Ġzmir Su ve Kanalizasyon Ġdaresi (ĠZSU), ĠZMĠR
[email protected]
ÖZET
Bu çalıĢmada, su temini amacıyla inĢası planlanan barajların sular altında kalacak alanlarında
zeminde bulunan kirleticilerin yüzeysel sulara baraj ömrü boyunca etkisinin değerlendirilmesi
için bir yaklaĢım sunulmuĢtur. Tabanda ve su kolonunda bulunan kirleticileri modelleyebilmek
için zemin-su kolonu etkileĢim modeli geliĢtirilmiĢ ve baraj haznesi zemininde halihazırda var
kirleticilerin su kalitesine etkisi farklı senaryolar altında araĢtırılmıĢtır. Bu çalıĢmayla hedeflenen
göl alanında halihazırda var olan kirleticilerin, yeraltı suyu yoluyla ve yüzeysel sularla taĢınan
kirleticilerin oranına katkısını belirlemektir. Bu sayede, baraj havzası için seçilen yerin uzun
vadede su kalitesini nasıl etkileyeceği hakkında baraj inĢa edilmeden ön fikir verecektir. Elden
edilen bulgular içme suyu arıtma tesislerinin tasarımında da kullanılabilecektir.
Bu çalıĢmada geliĢtirilen zemin-su kolonu etkileĢim modeli düĢeyde üç ana katman içermektedir.
Birinci katman, dikey sütundaki sıcaklık profiline göre iyi karıĢmıĢ ya da tabakalaĢmıĢ Ģekilde de
modellenebilen su sütunu tabakası, ikinci katman karıĢmıĢ zemin tabakası, üçüncüsü ise derin
tortu tabakasıdır. Modelde, kirleticiler için kütle denge denklemleri, su sütunu ve karıĢmıĢ zemin
tabakası için çözülmektedir. Katılar için kütle dengesi, kararlı haldeki kütle dengesine göre
karıĢmıĢ zemin tabakasında katmanlar arasındaki çökelme, tekrar karıĢma ve gömülme olayları
düĢünülerek çözülmektedir. Adveksiyon – difüzyon bozunma denklemleri, derin tortu
tabakalarındaki kirletici konsantrasyonlarının modellenmesi için kullanılmıĢtır. Bu çalıĢmayla,
baraj haznesi doldurulmadan önce haznenin dibinden alınan zemin örneklerini baz alan, haznede
ileride oluĢabilecek kirlilik modellenebilecektir. Su kolonunda tabandaki kirleticilerden kaynaklı
kirletici konsantrasyonlarının tahmini için ters modelleme yaklaĢımı uygulanmıĢtır. Bu
yaklaĢımla, Çamlı Havzasının zemininde halihazırda mevcut olan beĢ ağır metalin (bakır, çinko,
krom, nikel ve kurĢun) ölçülmüĢ değerleri kullanılarak göl suyuna transferi modellenmiĢtir.
Anahtar Kelimeler: Zemin-su kolonu etkileĢim modeli, SWIM, Çamlı Havzası, yüzey su
kalitesi.
ABSTRACT
In this study, an approach for the assessment of the life-long impact of submersed contaminated
bottom sediments in projected reservoirs on surface water quality is presented. A sediment943
water interaction model designed to simulate contaminants in the sediments and in the overlying
water column is developed and the impact of contaminated bottom sediments on water quality is
investigated under different scenarios. One goal of this study is to investigate the contribution of
contaminated soils underlying the reservoir compared to the contaminants transported by surface
and groundwater influx. Thus, the long term impact of contaminants at the selected site on water
quality will be predicted before the construction of the dam. The findings of this study can also
be used in the preliminary design of water treatment plants.
The sediment-water interaction model developed during this study consists of three main layers:
water column which can be specified as well mixed or stratified according to the temperature
profile in the vertical column, a mixed sediment layer and a deep sediments layer. In the model,
mass balance equations for contaminants are solved for the water column and the mixed
sediment layer. Mass balance for the solids are solved according to the steady state mass balance
for mixed sediment layer considering settling, resuspension and burial processes between the
layers. Advection-diffusion decay equations are used to model contaminant concentration in the
deep sediments layer. This study further presents the projection of possible contamination in a
reservoir based on the analysis of the soil samples collected from the reservoir bottom before the
filling of the reservoir. Reverse modeling approach for the prediction of contaminant
concentration in the water column originating from the bottom sediments is applied and of
transfer of five heavy metals; copper, zinc, chromium, nickel, and lead existing in bottom
sediments of Çamlı Basin, Izmir to the reservoir water is modeled.
Keywords: sediment water interaction model, SWIM, Çamlı Reservoir, surface water quality
1.GĠRĠġ
Bu çalıĢmada daha önce geliĢtirilen ve Ruiz (1998) ve Gualtieri (2001) tarafından sunulan
modelleri baz alan yeni bir zemin-su kolonu etkileĢim modeli kirleticilerin su kalitesine etkisini
incelemek üzere geliĢtirilmiĢtir. Ağır metallerin etkisini araĢtıran su kalitesini modelleme
çalıĢmalarında su kolonunun tabandaki katı maddelerle etkileĢimi önemli rol oynamakta ve
kirleticilerin davranıĢının anlaĢılmasında ve giderilmesi için çeĢitli yöntemler geliĢtirilmesinde
etkileĢim modelleri kullanılabilmektedir. Özellikle madencilik çalıĢmalarına maruz kalan
havzalarda metallerin zeminden suya geçiĢinin modellenmesi kirliliğin giderilmesi için önem arz
etmektedir.
Literatürde havzalarda su kalitesini modellemek için kullanılan birçok model mevcutsa da
(BASINS, HSPF, QUAL2E) bu modeller metal taĢınımını modelleyememektedirler (Caruso,
2004). Metal konsantrasyonlarını detaylı pH ve jeokimyasal özelliklere dayanarak hesaplayan
MINTEQ, WATEQ gibi modeller ise adveksiyona bağlı taĢınımı hesaplamada yetersiz
kalmaktadırlar. Ancak bu çalıĢmada da tartıĢılan WASP, Recovery (Ruiz, 1998) ve Gualtieri
(2001) tarafından geliĢtirilen analitik model, zemin su kolonu etkileĢimini ve metallerin taĢınımı
ve konsantrasyonlarını hesaplamaya yönelik geliĢtirilen modellerdir. Ancak bu modeller de
henüz daha kapsamlı olarak uygulanmamıĢ ve kabul görmemiĢtir. Diğer bir eksik de su kolonunu
düĢeyde homojen sıcaklıkta kabul eden bu modellerin tabakalaĢmanın etkileri modellemekte
yetersiz kalmasıdır. Zeminin su kolonu ile etkileĢimini ve bunu takiben baraj su kalitesine
etkilerini araĢtıran ve uzun vadede kaliteyi tahmin edebilen çalıĢmalara da literatürde
rastlanmamıĢtır. Bu çalıĢmayla literatürdeki bu eksiklikler bir ölçüde giderilmeye çalıĢılmıĢtır.
Bu bildiride, öncelikle yeni geliĢtirilen zemin-su kolonu etkileĢim modelinin (SWIM) esasları
verilecek, daha sonra modelde kullanılan parametreler duyarlılık analizi yardımıyla
tartıĢılacaktır. Bunu takiben, modellenen Dieldrin ve DDE konsantrasyonları Recovery modeli
sonuçları ile ve gözlenmiĢ DDE konsantrasyon değerleri ile karĢılaĢtırılarak tartıĢılacaktır. Son
944
olarak SWIM modeli projelendirme aĢamasında olan Çamlı Barajı alanına uygulanarak toprakta
halihazırda var olan ve ölçülmüĢ kirleticilerin ileride su kalitesini nasıl etkileyeceği modelleme
yoluyla irdelenecektir.
2.SWIM MODELĠ
Zemin-su kolonu etkileĢim modelinde modellenecek sistem düĢeyde üç ana katman
içermektedir. Birinci katman, dikey sütundaki sıcaklık profiline göre iyi karıĢmıĢ ya da
tabakalaĢmıĢ Ģekilde de modellenebilen su sütunu tabakası, ikinci katman karıĢmıĢ zemin
tabakası, üçüncüsü ise derin tortu tabakasıdır. Modelde, kirleticiler için kütle denge denklemleri,
su sütunu ve karıĢmıĢ zemin tabakası için çözülmektedir. Katılar için kütle dengesi, kararlı
haldeki kütle dengesine göre karıĢmıĢ zemin tabakasında katmanlar arasındaki çökelme, tekrar
karıĢma ve gömülme olayları düĢünülerek çözülmektedir. Adveksiyon– difüzyon bozunma
denklemleri, derin tortu tabakalarındaki kirletici konsantrasyonlarının modellenmesi için
kullanılmıĢtır. Modelin teorik Ģeması aĢağıdaki gibidir (ġekil 1).
buharlaĢma
bozunma
dönen madde
çökelme
difüzyon
bozunma
çözünmüĢ sorpsiyon
madde
difüzyon
gömülme
çözünmüĢ
sorpsiyon
madde
bozunma
katı
madde
katı
madde
difüzyon
birikme



ısınmıĢ üst tabaka
orta tabaka
soğuk alt tabaka
KARIġMIġ
ZEMĠN
KATMANI
katı
madde
çözünmüĢ
sorpsiyon
madde
SU
KATMANI
çıkan akım
DERĠN TORTU
KATMANI
giren akım
ġekil 1. Zemin – su kolonunu etkileĢim modelinin teorik Ģeması ve yapılan iĢlemler.
945
Su kolonundaki kirletici konsantrasyonlarının hesaplanmasında kullanılan kütle denge
denklemleri Ģu Ģekildedir:
dC w
 Q * Ci  Q * C w  k wVw C w  Vs Aw FpwC w  Vr Am C m
dt
 Vd Am FdpC m  FdwC w   W
Vw
(1)
Burada;
Vw = Su kütlesinin hacmi, m3
C w ve C m = Suda ve karıĢmıĢ zemin tabakasında bulunan kirleticilerin konsantrasyonu, μg/m3
C i = Nehirden gelen kirleticilerin konsantrasyonu, μg/m3
t = Zaman, yıl
Q = AkıĢ Debisi, m3/yıl
k w = Suda bulunan kirleticilerin bozunma oranı sabiti, yıl-1
k v = Kirleticilerin buharlaĢma oranı; yıl-1
V s = Sudaki taneciklerin çökme hızı; m/yıl
Aw ve Am = Suyun ve karıĢmıĢ tortuların yüzey alanı; m2
F pw = Suda tanecik halde bulunan kirleticilerin oranı
Vr = Çöken tortuların suya geri karıĢma hızı; m/yıl
Vd = Tortu ve su ara yüzeyindeki kütle transferi difüzyon katsayısı, L/t
Fdp = Tortu gözenek suyundaki kirletici konsantrasyonunun tortudaki toplam kirletici
konsantrasyonuna oranı
Fdw = Suda çözünmüĢ halde bulunan kirletici miktarının oranı
W = DıĢ yükler, M/t
KarıĢmıĢ zemin tabakası için çözülen kütle denge denklemleri ise Ģu Ģekildedir:
dC m
 k mVm C m  Vs Aw FpwC w  Vr Am C m  Vb Am C m  Vd Am FdwC w  FdpC m 
dt
 Vd Am FdpC s 0  FdpC m 
Vm
(2)
Burada;
Vm = Tam karıĢmıĢ üst zemin katmanının hacmi, m3
k m = KarıĢmıĢ tabakadaki kirleticilerin bozunma oranı sabiti, yıl-1
Vb = Gömülme hızı, m/yıl
C s 0 = Derin tortu tabakasının üst bölgesindeki kirlilik konsantrasyonu, mg/m3
Bu katmanda çözülen kütle denge denklemlerinde C m  C m0 baĢlangıç koĢulu olarak kabul
edilmiĢtir. Adveksiyon – difüzyon bozunma denklemleri, derin tortu tabakalarındaki kirletici
konsantrasyonlarının modellenmesi için kullanılmıĢtır:
946
C s
 2Cs
C s
 Fdp Ds
 Vb
 ksCs
2
t
z
z
(3)
Burada;
c s  derin tortu tabakasındaki kirletici konsantrasyonu ( mg m 3 )
Ds  tortu tabakası gözenek suyundaki difüzyon oranı ( m 2 yil )
z  parçacıklara olan derinlik mesafesi ( m ), (derin tortu üst bölgesinde z  0 ); ve
k s  derin tortularda bulunan kirleticilerin bozunma oranı sabitidir (yıl-1).
Denklemin sol tarafındaki terim, tortu tabakasındaki konsantrasyon değiĢimini göstermektedir.
EĢitlikten sonraki ilk terim, tortu su gözeneğinde difüzyon ile oluĢan kirletici transferini temsil
etmektedir. Ġkinci terim, parçacıkların gömülmesine bağlı oluĢan kirletici transferi oranını ve son
terim ise, derin tortu tabakasının su gözeneklerindeki kirleticilerin bozunma oranını
göstermektedir. Model için baĢlangıç ve sınır Ģartları Ģu Ģekilde tanımlanmıĢtır:
BaĢlangıç Ģartı:
t  0 , C s  C s 0 (L>z>zm karıĢmıĢ zemin katmanı ve derin tortu tabakası arasında)
t  0 , C s  0 (∞>z>L) (derin tortu tabakasında)
Sınır Ģartı:
z  z m , J  J ms (derin tortu tabakasında)
Cs
z  ,
0
z
Katı maddenin karakteristik özellikleri kirletici davranıĢını etkilemektedir. Bu sebeple katı
madde için çökelme hızı, tekrar karıĢma ve gömülme hızlarının hesaplanması zemin su kolonu
etkileĢiminin modellenmesinde önemli rol oynamaktadır. Çökelme hız denkleminden çökelme
hızı belirlenmiĢ ve bu hız değerinden yola çıkılarak kütle korunum denklemleri üzerinden tekrar
karıĢma ve gömülme hızlarının değerleri Boyer ve diğerleri (1994)‘nde tanımlandığı gibi
hesaplanmıĢtır.
0  Vs Aw S w  Vr  Vb Am (1   )  p
(4)
Burada;
V s = Çökelme hızı, m/yıl
Vr = Tekrar karıĢma hızı, m/yıl
Vb = Gömülme hızı, m/year
 = Porozite
 p = Parçacık yoğunluğu, g/cm3
947
Çökelme hızını, V s , hesaplarken SWIM; Stokes ve Rubey eĢitliklerinden (Yang 2003) istenen
denklemin seçimine izin vermekte, denklemlerde geçen su yoğunluğu ve vizkozite hesaplanırken
ise su sıcaklığına bağlı değerleri su kolonunda sıcaklığın değiĢimine gore hesaplayabilmektedir.
Gömülme hızı, Vb , ise Boyer ve diğerleri (1994) tarafından tanımlanan eĢitlikten hesaplanmıĢtır.
Vb   *Vs
(5)
Burada;
 = tabanla su kolonunun kesiĢim bölgesinde bulunan katı maddenin birikme olasılığı.
SWIM modeli Recovery (Ruiz, 1998) ve Gualtieri (2001) tarafından geliĢtirilen zemin su kolonu
etkileĢim modellerinde kullanılan denklemler temel alınarak geliĢtirilse de kirletici
konsantrasyonlarının hesabında diğer modellere göre bazı farklılık ve üstünlükler taĢımaktadır.
Su kolonu düĢeyde sıcaklığa bağlı olarak katmanlara ayrılabilmekte ve baraj göllerinde
tabakalaĢmanın etkileri modellenebilmektedir. Modelde dane çapına bağlı olarak seçilebilen iki
farklı çökelme hızı eĢitliği kullanılmaktadır. SWIM modeliyle ters modelleme yapılarak
zemindeki kirleticilerin uzun vadede baraj gölü su kalitesine etkileri tahmin edilebilmektedir.
SWIM modelinde kodlama ve hesaplamalar Visual Basics kullanılarak yapılmıĢtır.
Ġlk aĢamada geliĢtirilen modelin çökelme hızı, porozite, baĢlangıç konsantrasyonu, ve giren akım
konsantrasyonu gibi parametrelere duyarlılığı araĢtırılmıĢtır. Bu analizde literatürde özellikleri
verilmiĢ olan Dieldrin kirleticisinin sudan toprağa geçiĢi Tablo 1‘deki parametreler kullanılarak
modellenmiĢtir. Buna göre sabit çökelme hızının 36.5 m/yıl‘dan iki katına yani 73 m/yıl‘a
çıkarılması kirletici konsantrasyonlarının su kolonunda %14.3 düĢmesine, karıĢmıĢ zemin
tabakası, ve derin tortu tabakalarında %66.7 ve %72.7 oranında artmasına neden olmuĢtur.
BaĢlangıç konsantrasyonu değerleri ise sıfırdan 1000 microg/m3‘e arttırıldığında su kolonunda
değerler değiĢmezken diğer katmanlarda %36‘lık bir artıĢ gözlenmiĢtir. Giren akım
konsantrasyonunun ve porozitenin modellenen kirletici konsantrasyonunda etkili olduğu
gözlenmiĢ, giren akım konsantrasyonunun iki katına çıkması modellenen konsantrasyonda da iki
katı bir artıĢa, porozitenin 0.5‘ten 0.7‘ye çıkarılması ise %45‘lik bir artıĢa neden olmuĢtur.
Vw = Su kütlesinin hacmi, m3
C w ve C m = Su içerisinde ve karıĢmıĢ zamin tabakasında bulunan tortuların konsantrasyonu,
μg/m3
C i = Nehirden gelen kirleticilerin konsantrasyonu, μg/m3
t = Zaman, yıl
Q = AkıĢ Debisi, m3/yıl
k w = Suda bulunan kirleticilerin bozunma oranı sabiti, yıl-1
k v = Kirleticilerin buharlaĢma oranı; yıl-1
V s = Sudaki taneciklerin çökme hızı; m/yıl
Aw ve Am = Suyun ve karıĢmıĢ tortuların yüzey alanı; m2
F pw = Suda tanecik halde bulunan kirleticilerin oranı
Vr = Çöken tortuların suya geri karıĢma hızı; m/yıl
948
Vd = Tortu ve su ara yüzeyindeki kütle transferi difüzyon katsayısı, L/t
Fdp = Tortu gözenek suyundaki kirletici konsantrasyonunun tortudaki toplam kirletici
konsantrasyonuna oranı
Fdw = Suda çözünmüĢ halde bulunan kirletici miktarının oranı
Modelde sıcaklık, su yoğunluğu ve vizkositeyi etkilemekte ve dolayısıyla çökelme hızlarını
hesaplarken kullanılmaktadır. Modellenen kirletici konsantrasyonlarının sıcaklığa duyarlılığını
araĢtırmak üzere, karıĢmıĢ su kolonunda su sıcaklığı 15 ºC‘den 30 ºC‘ye çıkarılmıĢ ve
konsantrasyonların üç katmanda da %32 ile %42 arasında değiĢen bir artıĢ gösterdiği
gözlenmiĢtir. KarıĢmıĢ su kolonu (15 ºC) ile tabakalaĢmıĢ su kolonu (5 ºC, 15 ºC, 30 ºC)
karĢılaĢtırıldığında ise üç katmanda da %37 ile %52 arasında değiĢen bir artıĢ gösterdiği
gözlenmiĢtir.
3.SWIM VE RECOVERY MODELLERĠ KULLANILARAK
KĠRLETĠCĠ KONSANTRASYONLARININ KARġILAġTIRILMASI
MODELLENEN
Literatürde gözlenmiĢ değerlerle test edilmiĢ tek model olan Recovery modeli sonuçları, bu
bölümde geliĢtirilen model sonuçları ile karĢılaĢtırılmıĢtır. Bu amaçla Tablo 1‘de verilen
parametreler kullanılarak iki model de Dieldrin için çalıĢtırılmıĢ ve modellenen konsantrasyonlar
su kolonu (a), karıĢmıĢ zemin tabakası (b), ve derin tortu tabakası (c) için ġekil 2‘de
sunulmuĢtur. Grafikler için hata değerleri (RMSE) su kolonu için 0.0022 microg/L, karıĢmıĢ
zemin tabakası için 8.69E-04 mg/kg, ve derin tortu tabakası için 180.3 microg/m3 olarak
hesaplanmıĢtır.
949
Tablo 1. Dieldrin ve ağır metal konsantrasyonlarının tahmininde SWIM modelinde kullanılan
parametreler
Dieldrin
Ağır Metal*
Birim
Değeri
Değeri
AkıĢ Debisi ( Q )
m3
2*107
Su Kütlesinin Hacmi ( V w )
m3
1*108
KarıĢmıĢ Zemin Tabakasının Hacmi ( Vm )
m3
1*107
Suyun Yüzey Alanı ( Aw )
m2
1*107
KarıĢmıĢ Zemin Tabakasının Yüzey Alanı ( Am )
m2
1*107
Kirleticilerin Suda Bozunma Oranı Sabiti ( k w )
1/yıl
0.22
metale bağlı
Kirleticilerin BuharlaĢma Oranı ( k v )
1/yıl
7.536
0
Derin Tortu Tabakasında Bozunma Oranı Sabiti ( k s )
1/yıl
0
metale bağlı
Nehirden Gelen Kirleticilerin Konsantrasyonu ( Ci )
μg/m3
1000
metale bağlı
Suda Bulunan Kirleticinin Konsantrasyonu ( C w )
μg/m3
1000
metale bağlı
Suda Bulunan Kirleticinin BaĢlangıç Konsantrasyonu ( Cw0 )
μg/m3
0
metale bağlı
μg/m3
değiĢir
değiĢir
μg/m3
değiĢir
değiĢir
Konsantrasyonu ( Cs 0 )
μg/m3
değiĢir
değiĢir
Su Kolonunda Askıdaki Katı Madde Konsantrasyonu ( S w )
μg/m3
1000
100
Çökelme Hızı ( Vs )
m/ yıl
hesaplanır
hesaplanır
Tekrar KarıĢma Hızı ( Vr )
m/ yıl
hesaplanır
hesaplanır
Gömülme Hızı ( Vb )
m/yıl
hesaplanır
hesaplanır
Suda ÇözünmüĢ Halde Bulunan Kirletici Miktarının Oranı ( Fdw )
-
hesaplanır
hesaplanır
Tortu Gözenek Suyundaki Kirletici Konsantrasyonunun Tortudaki
Toplam Konsantrasyona Oranı
( Fpw )
-
hesaplanır
hesaplanır
Porozite (  )
-
0.7
0.7
Katı Maddenin Yoğunluğu (  p )
g/m3
2.65*106
metale bağlı
Suyun Yoğunluğu (  w )
g/m3
hesaplanır
hesaplanır
Kütle Transferi Difüzyon Katsayısı, ( Vd )
m/yıl
1.4406*10-6
metale bağlı
Parametre
22.54*106
23.98*106
854*103
854*103
854*103
KarıĢmıĢ Zemin Tabakasında Bulunan Kirleticinin
Konsantrasyonu ( Cm )
Derin Tortu Tabakasında Bulunan Kirleticinin Konsantrasyonu
( Cs )
Derin Tortu Tabakasının Üst Bölgesindeki Kirlilik
*Ağır metaller için kullanılan değerler Tablo 2‘de verilmiĢtir.
950
Zaman (yıl)
Konsantrasyon (microg/m3)
Konsantrasyon (microg/m3)
Dieldrin Konsantrasyonlarının KarĢılaĢtırılması
3
Konsantrasyon (microg/m )
Zaman (yıl)
Zaman (yıl)
ġekil 2. SWIM ve Recovery Modeli kullanılarak modellenen Dieldrin konsantrasyonlarının, su
kolonu (a), karıĢmıĢ zemin tabakası (b), ve derin tortu tabakası (c) için karĢılaĢtırılması.
951
4
3
(microg/m )
DDE Konsantrasyonu
Ruiz ve diğerleri (1998) yaptıkları arazi çalıĢmasında sular altında kalan bir kireçtaĢı taĢocağına
yüzeyden 0.2 mg/m3 konsantrasyonunda DDE adlı böcek ilacı (insektisid) vererek Recovery
modelini kullanarak deney sonucu kirleticinin sudan zemine geçiĢini modellemiĢlerdir. TaĢocağı
belli dönemlerde örneklenerek sonuçlar Recovery modelini doğrulamada kullanılmıĢtır. ġekil
3‘te gözlenmiĢ DDE konsantrasyonlarının Recovery ve SWIM modelleri ile karĢılaĢtırılması
görülmektedir. Derin tortu tabakası için veri olmadığından karĢılaĢtırmalar diğer iki katman için
yapılmıĢtır.
3
2
1
0
0
2
4
6
8
10
DDE Konsantrasyonu
(mg/kg) .
Zaman ( Yıl )
SWIM
GözlenmiĢ Değerler
2
4
Recovery
0.0016
0.0012
0.0008
0.0004
0
0
6
8
10
Zaman ( Yıl )
SWIM
GözlenmiĢ Değerler
Recovery
ġekil 3. GözlenmiĢ DDE konsantrasyonlarının su kolonu (a) ve karıĢmıĢ zemin tabakası (b)‘nda
Recovery ve SWIM modelleri ile karĢılaĢtırılması.
4.SWIM MODELĠNĠN ÇAMLI BARAJ GÖLÜ’NE UYGULANMASI
Bu çalıĢmayla, baraj haznesi doldurulmadan önce haznenin dibinden alınan zemin örneklerini
baz alarak haznede ileride oluĢabilecek kirliliği modelleyebilen bir yaklaĢım geliĢtirmek
amaçlanmıĢtır. Uygulama için Izmir Ģehrinin artan su ihtiyacını bir kısmını karĢılamak üzere
IZSU tarafından inĢası planlanan Çamlı Baraj alanı seçilmiĢtir. Çamlı Havzası‘na SWIM Modeli
su kolonunda tabandaki kirleticilerden kaynaklı kirletici konsantrasyonlarının tahmini için ters
modelleme yaklaĢımı ile uygulanmıĢtır. Bu amaçla, baraj dolum öncesi yapılmıĢ olan su ve
toprak analizleri temin edilmiĢtir (Mutlu 2004). ġekil 4‘te havzada bir tez kapsamında yapılan
zemin ve su örnekleme noktaları verilmektedir. ÇeĢitli zamanlarda derelerden alınan su
örneklerinin analizi değerleri kullanılarak su kolonu için baĢlangıç kirletici konsantrasyonu ve
952
giren akımların kirletici konsantrasyon değerleri belirlenmiĢtir. Derin tortu tabakasının baĢlangıç
kirletici konsantrasyonları ise zemin örneklerinin analizinden elde edilen konsantrasyonlar
yardımıyla belirlenmiĢtir. Modelde kullanılan ve her kirletici için değiĢebilen katı madde
yoğunluğu, moleküler diffüzivite, porozite ve bozunma oranı gibi parametreler ise literatürden
elde edilmiĢtir.
Su kolonunda tabandaki kirleticilerden kaynaklı kirletici konsantrasyonlarının tahmini için
uygulanan ters modelleme yaklaĢımı iki modülden oluĢmaktadır. Ġlk modülde, zemin
örneklerinin analizinden elde edilen konsantrasyonlar derin tortu tabakasının baĢlangıç kirletici
konsantrasyonları ( Cs 0 ) olarak varsayılarak, adveksiyon – difüzyon bozunma denkleminden
karıĢmıĢ zemin tabakası kirletici konsantrasyonları hesaplanmıĢtır. KarıĢmıĢ zemin tabakası için
baĢlangıç konsantrasyonu, su analizlerinden elde edilen su kolonundaki kirletici
konsantrasyonuna ( C w ) eĢit kabul edilmiĢtir. Bu kabulle karıĢmıĢ zemin tabakasında kütle denge
denklemi çözüldükten sonra hesaplanan kirletici konsantrasyonu su kolonu için sınır Ģartı olarak
kabul edilmiĢ ve kütle denge denklemleri bu sefer de su kolonundaki kirletici konsantrasyonunu
hesaplamakta kullanılmıĢtır. Ġkinci modülde ise, birinci modülde derin tortu tabakasından yola
çıkarak hesaplanan kirletici konsantrasyonu, suyun baĢlangıç konsantrasyonu ( C w0 ) ve giren
akımdaki kirletici konsantrasyonu ( Ci ) beraber düĢünülerek bu sefer aĢağı doğru kütle denge
denklemleri ve adveksiyon – difüzyon bozunma denkleri çözülmüĢtür. Ġki modül 0.05 yıl ara
zaman adımı kullanılarak 0.5 yıl süresince hesaplanmakta, model toplam 10 yıl için
çalıĢtırılmaktadır.
ġekil 4. Çamlı Havzası‘nda zemin ve su örneklemesi yapılan noktalar (Mutlu 2004).
Ters modelleme yaklaĢımıyla, Çamlı Havzasının zemininde halihazırda mevcut olan beĢ ağır
metalin (bakır, çinko, krom, nikel ve kurĢun) ölçülmüĢ değerleri kullanılarak göl suyuna transferi
modellenmiĢtir. Tablo 1‘de modelde kullanılan parametreler, Tablo 2‘de ise suda ve zeminde
gözlenmiĢ ağır metal konsantrasyonları verilmektedir. Özet olarak zeminde 36.2 g/m3 olarak
953
Tablo 2. SWIM modelinde kullanılan bazı ağır metallerin özellikleri
Ağır Metal
Suda BaĢlangıç Konsantrasyonu
(mg/l)
Derin Tortu Katmanında BaĢlangıç
Konsantrasyonu (mg/l)
Giren Akım Konsantrasyonu
(mg/l)
2
Moleküler Diffuzivite (cm /s)
Bakır
Çinko
Krom
Nikel
KurĢun
0.001
0.233
0.089
0.049
0.506
36.2
781
197.2
161
445.7
0.001
5.42*10
Katı Maddenin Yoğunluğu (g/cm3) 8.96
0.027
-6
5.29*10
7.14
0.089
-6
4.39*10
6.90
0.049
-6
5.02*10
8.90
0.506
-6
6.99*10-6
11.34
ölçülen bakır konsantrasyonu derin tortu tabakasının baĢlangıç kirletici konsantrasyonu olarak
alınarak su kolonundaki bakır konsantrasyonu 10 yıl sonunda 0.64 mg/l hesaplanmıĢ, çinko için
baĢlangıç kirletici konsantrasyonu 781 g/m3 alınarak su kolonundaki konsantrasyonu 10 yıl
sonunda 141 mg/l hesaplanmıĢ, krom için baĢlangıç kirletici konsantrasyonu 197 g/m3 alınarak
su kolonundaki konsantrasyonu 10 yıl sonunda 30.2 mg/l hesaplanmıĢ, nikel için baĢlangıç
kirletici konsantrasyonu 161 g/m3 alınarak su kolonundaki konsantrasyonu 10 yıl sonunda 31.5
mg/l hesaplanmıĢ, ve kurĢun için baĢlangıç kirletici konsantrasyonu 446 g/m3 alınarak su
kolonundaki konsantrasyonu 10 yıl sonunda 278 mg/l hesaplanmıĢtır.
KarıĢmıĢ su kolonu varsayımı ile yapılan modellemeyi takiben, ters modelleme yaklaĢımı 10 yıl
süresi boyunca yılın bazı zamanlarında baraj gölünde tabakalaĢmanın olacağı varsayılarak
uygulanmıĢtır. BaĢka bir baraj gölünde yılın farklı zamanlarında düĢeyde ölçülen su sıcaklığı
verileri (Elçi 2008) baz alınarak su kolonu ısınmıĢ üst katmanda 25 ºC, orta katmanda 15 ºC ve
soğuk alt katmanda 5 ºC olacak Ģekilde 3 katmana ayrılmıĢtır. Model sonuçları orta katmanın
bariyer görevi görerek alt katmandan üst katmana kirletici transferini azalttığını göstermiĢtir.
Tahmin edilen su kolonu kirletici konsantrasyonları bakır, çinko, krom, nikel ve kurĢun için
0.511 mg/l, 112 mg/l, 29.2 mg/l, 25.1 mg/l, ve 241 mg/l olmuĢtur. TabakalaĢmıĢ su kolonu için
hesaplanan kurĢun konsantrasyonunun zamana bağlı değiĢimi su kolonu ve derin tortu tabakası
için ġekil 5‘te verilmiĢtir.
5.SONUÇLAR
Bu çalıĢmada daha önce geliĢtirilen ve Ruiz (1998) ve Gualtieri (2001) tarafından sunulan
modelleri baz alan yeni bir zemin-su kolonu etkileĢim modeli (SWIM) kirleticilerin su kalitesine
etkisini incelemek üzere geliĢtirilmiĢ, bu modelin esasları sunulmuĢ ve model bir baraj gölüne
uygulanmıĢtır. SWIM modeli literatürde yer alan modellerde kullanılan temel denklemler baz
alınarak geliĢtirilse de, kirletici konsantrasyonlarının hesabında diğer modellere göre bazı
farklılık ve üstünlükler taĢımaktadır. Su kolonu düĢeyde sıcaklığa bağlı olarak katmanlara
ayrılabilmekte ve baraj göllerinde tabakalaĢmanın etkileri modellenebilmektedir. Modelde dane
çapına bağlı olarak seçilebilen iki farklı çökelme hızı eĢitliği kullanılmaktadır. SWIM modeliyle
ters modelleme yapılarak zemindeki kirleticilerin uzun vadede baraj gölü su kalitesine etkileri
tahmin edilebilmektedir. SWIM modelinde kodlama ve hesaplamalar Visual Basics kullanılarak
yapılmıĢtır.
Literatürde verilen bir arazi çalıĢmasında sular altında kalan bir kireçtaĢı taĢocağına yüzeyden
kirletici verilerek, taĢocağı belli dönemlerde örneklenmiĢ ve elde edilen sonuçlar hem mevcut
Recovery modelinin hem de yeni geliĢtirilen SWIM modelinin doğrulanmasında kullanılmıĢtır.
954
KurĢun Konsantrasyonu
( microg/m3 )
KurĢun Konsantrasyonu
( microg/m3 )
6,0E+05
4,0E+05
2,0E+05
0,0E+00
0
2
4
6
8
10
0
2
4
6
8
10
1,0E+09
1,0E+08
1,0E+07
1,0E+06
1,0E+05
Zaman ( Yıl )
ġekil 5. TabakalaĢmıĢ su kolonu varsayımıyla su kolonunda (a) ve derin tortu tabakasında (b)
modellenen kurĢun konsantrasyonun zamana bağlı değiĢimi
Çamlı Havzası‘na SWIM Modeli su kolonunda tabandaki kirleticilerden kaynaklı kirletici
konsantrasyonlarının tahmini için ters modelleme yaklaĢımı ile uygulanmıĢtır. Bu amaçla, baraj
dolum öncesi yapılmıĢ olan su ve toprak analizleri temin edilmiĢtir. Ters modelleme
yaklaĢımıyla, Çamlı Havzasının zemininde halihazırda mevcut olan beĢ ağır metalin (bakır,
çinko, krom, nikel ve kurĢun) ölçülmüĢ değerleri kullanılarak göl suyuna transferi
modellenmiĢtir. Buna göre zeminde 36.2 g/m3 olarak ölçülen bakır konsantrasyonu derin tortu
tabakasının baĢlangıç kirletici konsantrasyonu olarak alınarak su kolonundaki bakır
konsantrasyonu 10 yıl sonunda 0.64 mg/l hesaplanmıĢ, çinko için baĢlangıç kirletici
konsantrasyonu 781 g/m3 alınarak su kolonundaki konsantrasyonu 10 yıl sonunda 141 mg/l
hesaplanmıĢ, krom için baĢlangıç kirletici konsantrasyonu 197 g/m3 alınarak su kolonundaki
konsantrasyonu 10 yıl sonunda 30.2 mg/l hesaplanmıĢ, nikel için baĢlangıç kirletici
konsantrasyonu 161 g/m3 alınarak su kolonundaki konsantrasyonu 10 yıl sonunda 31.5 mg/l
hesaplanmıĢ, ve kurĢun için baĢlangıç kirletici konsantrasyonu 446 g/m3 alınarak su kolonundaki
konsantrasyonu 10 yıl sonunda 278 mg/l hesaplanmıĢtır.
Çamlı Havzası‘na SWIM Modeli ters modelleme yaklaĢımı ile 10 yıl boyunca yılın bazı
zamanlarında baraj gölünde tabakalaĢmanın olacağı varsayılarak uygulandığında ise orta
katmanın bariyer görevi görerek alt katmandan üst katmana kirletici transferini azalttığını
gözlenmiĢtir. Tahmin edilen su kolonu kirletici konsantrasyonları bakır, çinko, krom, nikel ve
kurĢun için 0.511 mg/l, 112 mg/l, 29.2 mg/l, 25.1 mg/l, ve 241 mg/l olmuĢtur. GeliĢtirilen
modelin baraj planlaması esnasında yer seçimi yapılırken ve içme suyu arıtma tesislerinin ön
tasarımında da kullanılabileceği ve bu vesileyle toplumumuzun içme suyu kalitesinin
arttırılabileceği düĢünülmektedir.
955
KAYNAKLAR
1. Boyer, J.M.; Chapra, S.C.; Ruiz, C.E. and M.S. Dortch, 1994. RECOVERY, a mathematical
model to predict the temporal response of surface water to contaminated sediments, Technical
Report W-94-4, U.S. Army Engineer Waterways Experiment Station, Vicksburg, MS.
2. Caruso, B. S. (2004), Modeling Metals Transport and Sediment/Water Interactions in a
Mining Impacted Mountain Stream. JAWRA Journal of the American Water Resources
Association, 40:1603–1615. doi:10.1111/j.1752-1688.2004.tb01609.x
3. Elçi, 2008. Effects of Thermal Stratification and Mixing on Reservoir Water Quality.
Limnology, 9(2) : 135-142.
4. EPA, 2005. Partition Coefficients For Metals in Surface Water, Soil, And Waste, Report no
EPA/600/R-05/074.
5. Gualtieri, C., 2001. Comparison between Water Quality Models for Toxics. Proceedings of
the 1st Biennial Meeting of the iEMSs, Edited by Andrea E. Rizzoli and Anthony J. Jakeman,
313-318.
6. Mutlu, Zeynep (2004) Efemçukuru‘nun (Ġzmir) Jeolojik Karakteristikleri, yüksek lisans tezi
Jeoloji Bölümü, Dokuz Eylül Üniversitesi
7. Ruiz C.E., Aziz, N.M. and Schroeder P.R., 2001. RECOVERY: A Contaminated SedimentWater Interaction Model, Environmental Modeling and Assessment, 6, 151–158.
8. Yang, C.T. 2003. Sediment Transport: Theory and Practice, published by Krieger Pub Co.
956
BARAJLARIN SU KALĠTESĠNE ETKĠLERĠNĠN ĠNCELENMESĠ:
TORUL BARAJI ÖRNEĞĠ (HARġĠT ÇAYI - GÜMÜġHANE)
Adem BAYRAM
[email protected]
Hızır ÖNSOY
[email protected]
ÖZET
Bu çalıĢmanın amacı, HarĢit Çayı‘nda fiziksel ve inorganik-kimyasal su kalite parametre
değerlerini belirlemek, Torul Barajı‘nın bu parametrelere olan etkisini incelemek ve Su Kirliliği
Kontrolü Yönetmeliği (SKKY)‘ne göre değerlendirmektir. Bu amaçla 2009 Mart ile 2010 ġubat
tarihleri arasında, on beĢ günlük aralıklarla, Torul Barajı‘nın memba ve mansabında seçilen iki
istasyonda, yerinde; sıcaklık (T), çözünmüĢ oksijen (ÇO), pH ve elektriksel iletkenlik (EĠ)
ölçümleri gerçekleĢtirilmiĢtir. Laboratuarda ise, toplam sertlik (TH), kimyasal oksijen ihtiyacı
(KOĠ), amonyum azotu (NH4+-N), nitrit azotu (NO2--N), nitrat azotu (NO3--N), toplam azot
(TN), toplam Kjeldahl azotu (TKN), orto fosfat fosforu (PO43--P) ve anyonik deterjan (MBAS)
analizleri yapılmıĢtır. Elde edilen değerlerin yıllık ortalamaları SKKY‘ye göre
değerlendirildiğinde, HarĢit Çayı‘nın ÇO, T, pH, KOĠ, NH4+-N, NO3--N bakımından I. kalite,
PO43--P bakımından II. kalite, NO2--N bakımından ise III. kalite su sınıfına girdiği anlaĢılmıĢtır.
Torul Barajı‘nın, NH4+-N için % 56.2, NO2--N için % 62.6, NO3--N için % 11.7, PO43--P için %
17.8 ve MBAS için % 71.4‘lük bir azalmaya neden olduğu sonucuna varılmıĢtır.
Anahtar Kelimeler: HarĢit Çayı, Torul Barajı, su kalitesi.
EFFECTS OF DAMS ON WATER QUALITY:
TORUL DAM (THE STRAM HARSIT - GUMUSHANE)
ABSTRACT
Aim of this study is to determine physical and inorganic-chemical water quality parameter
values in the stream HarĢit, investigate effect of Torul dam on these parameters, and evaluate
according to the Turkish Water Pollution Control Regulation (TWPCR). For this reason, a long
term study was fortnightly conducted in two monitoring stations selected on the upstream and
downstream of Torul dam between March 2009 and February 2010. Dissolved oxygen (DO),
temperature (T), pH and electrical conductivity (EC) measurements were performed in situ. The
water samples were analyzed for total hardness (TH), chemical oxygen demand (COD),
ammonium nitrogen (NH4+-N), nitrite nitrogen (NO2--N), nitrate nitrogen (NO3--N), total
Kjeldahl nitrogen (TKN), orthophosphate phosphorus (PO43--P) and methylene blue active
957
substances (MBAS) in laboratory. It was concluded that the Torul dam caused to a decrease with
56.2 % for NH4+-N, 62.6 % for NO2--N, 11.7 % for NO3--N, 17.8 % for PO43--P, and 71.4 % for
MBAS.
Keywords: The Stream HarĢit, The Torul Dam, water quality.
1.GĠRĠġ
Yirminci yüzyılda su kaynakları yönetiminin en önemli ve gözle görülür araçlarından biri olarak
büyük barajlar ortaya çıkmıĢtır. Dünyadaki büyük nehir sistemlerinin çoğu barajlar ve akım
düzenlemeleriyle çok ya da kısmen etkilenmiĢtir [Dynesius ve Nilsson, 1994; Pohl. 2004].
Baraj yapımlarının, mansap bölgelerinde hidroloji ve katı madde taĢınım özelliklerini
değiĢtirdiği bilinmektedir. Barajlar en yüksek akım debilerini azaltırken, bir yandan da en düĢük
akım debilerini de artırmaktadır. Sonuç olarak, akım düzenli ve daha az değiĢken olur. Sağlam
bir taĢkın yatağı ekosistem için önemli olabilen mansap taĢkın olayları nadir gerçekleĢir. Bu
yüzden su kaynakları planlama ve geliĢtirme projeleri ile nehir ıslah ve düzenleme çalıĢmaları,
bölgenin iklim koĢullarını, jeolojik ve hidrolojik etkenleri, geometrik ve hidrolik özellikleri,
ekolojik ve biyolojik yapıyı, politik ve ekonomik etkenleri dikkate almalı ve ciddi olarak
değerlendirmelidir [Simons ve Senturk 1992; Isik vd. 2008].
Bir akarsudan faydalanmak için yapılması gerekli olan ilk çalıĢma, o akarsu üzerinde gözlem ve
ölçümlere baĢlamaktır. Bunun için ihtiyaç doğuncaya kadar beklemek bir hata olur. Çünkü bir
akarsudan doğru ve verimli bir Ģekilde istifade edilebilmesi için gerekli su bilgilerinin sağlıklı
olması, uzun süreli akım verilerin toplanmasına bağlı bulunduğuna göre, bunun önceden
baĢlatılmıĢ olması gerekmektedir. Aksi takdirde, ihtiyaç anından itibaren senelerce beklemek
mecburiyeti doğar [EĠE, 2011].
Bu çalıĢmanın amacı, ülkemiz hidrolojik havzalarından 22. si olan Doğu Karadeniz Havzasının
en büyük alt havzası HarĢit Çayı ana kol üzerinde inĢa edilmiĢ Torul Barajı‘nın memba ve
mansabında seçilen toplam iki istasyonda fiziksel ve inorganik-kimyasal su kalite parametre
değerlerini belirlemek, Torul Barajı‘nın bu parametrelere dolayısıyla da HarĢit Çayı yüzeysel su
kalitesine olan etkisini incelemek ve Su Kirliliği Kontrolü Yönetmeliği‘ne göre [SKKY, 2004]
değerlendirme yapmaktır. Elde edilen değerler, Ġnsani Tüketim Amaçlı Sular Hakkında
Yönetmelik [ĠTASHY, 2005] ve TS 266‘ya göre de irdelenmektedir.
2.ÇALIġMA ALANI
Türkiye‘nin en önemli doğal kaynaklarından biri olan su kaynaklarını tespit etmek, geliĢtirmek
ve kullanmak amacıyla ülke yüzeyi 26 drenaj havzasına ayrılmıĢtır. Hidrolojik havzaların 22. si
olan Doğu Karadeniz Havzası, Çoruh (23) ve Aras (24) havzaları ile birlikte, Kafkasya Ekolojik
Bölgesi‘nin Türkiye kısmını oluĢturur. Doğu Karadeniz Havzası, Melet Çayı, HarĢit Çayı, Pazar
Çayı, Karadere ve Fırtına Deresi gibi birbirine paralel olarak uzanan akarsuların alt
havzalarından oluĢur. HarĢit Çayı havzası bunların en büyüğüdür [Bayram v.d., 2010a, b,c].
Torul Barajı, Doğu Karadeniz Bölgesinde, GümüĢhane Ġli‘nin Torul Ġlçesi‘ne 14 km uzaklıkta ve
HarĢit Çayı üzerinde bulunmaktadır (ġekil 1). Baraj yeri GümüĢhane‘nin 40 km kuzeybatısında,
Trabzon‘un 90 km güneybatısındadır. 01.11.1998 tarihinde ihalesi yapılan Torul Barajı ve HES
tesisleri iĢinde, 14.11.2000 tarihinden itibaren fiilen iĢe baĢlanmıĢ, 2007 yılında ise iĢ
tamamlanmıĢtır [Bayram v.d., 2011a, b, c].
958
HarĢit Çayı üzerinde DSĠ tarafından inĢa edilen Doğankent HES ile Kürtün Barajı ve HES
inĢaatından sonraki üçüncü büyük tesis konumunda olan Torul Barajı ve HES temelden
yüksekliği 142 m‘dir (talvegden yükseklik: 137 m). Ön yüzü beton kaplamalı kaya dolgu tipinde
4.6 hm3 gövde hacmine sahip olan barajın, normal su kotunda göl alanı 3.62 km2, göl hacmi 168
hm3 olup (aktif hacim:83.3 hm3, ölü hacim:84.7 hm3) 2,096 km2 yağıĢ alanına sahiptir [DSĠ,
2011].
ġekil 1. Torul baraj gölü ve hidroelektrik santrali (HarĢit Çayı - GümüĢhane)
Ġlk istasyon, Trabzon-Erzurum karayolunun (D 885) 77. km‘sinde (GümüĢhane‘ye 23 km
mesafede), Trabzon tarafından Torul Ġlçesi‘nin giriĢinde seçilmiĢtir (ġekil 2). Torul Barajı
membaında, 910 m kotunda ve 40° 33' 56.7" K - 39° 17' 54.6" D koordinatlarındadır.
ġekil 2. Torul baraj gölü öncesinde seçilen istasyon (HarĢit Çayı - GümüĢhane)
Ġkinci istasyon, Giresun-GümüĢhane (Tirebolu-Torul) karayolunun (D 877) 53. km‘sinde, Torul
HES‘in çıkıĢında seçilmiĢtir (ġekil 3). Torul Barajı mansabında, 642 m kotunda ve 40° 38' 41.1"
K - 39° 11' 01.4" D koordinatlarındadır.
959
ġekil 3. Torul hidroelektrik santral sonrasında seçilen istasyon (07.11.2009)
3.YÖNTEM
ÇalıĢma 2009 Mart-2010 ġubat dönemini kapsamakta olup 15 günlük aralıklarla (ayda iki kez),
toplamda 24 kez, Torul Barajı‘nın memba ve mansabında seçilen iki istasyonda yerinde;
çözünmüĢ oksijen (ÇO), sıcaklık (T), pH ve elektriksel iletkenlik (EĠ) ölçümleri ile alınan
yüzeysel ham su örneklerinde toplam sertlik (TH), kimyasal oksijen ihtiyacı (KOĠ), amonyum
azotu (NH4+-N), nitrit azotu (NO2--N), nitrat azotu (NO3--N), toplam azot (TN), toplam Kjeldahl
azotu (TKN), orto fosfat fosforu (PO43--P) ve anyonik deterjan (MBAS) analizleri Ģeklinde
gerçekleĢtirilmiĢtir. Su örneklerinin alınması, muhafazası ve laboratuara nakli, standart
yöntemlere uygun olarak gerçekleĢtirilmiĢtir [APHA, 1992]. Su örneklerinin alınmasında, 500
mL hacimli polietilen tetraftalat (PET) numune kapları kullanılmıĢtır. Su örneklerinin olası
kirliliğini önlemek için, numune kapları önce sıcak su ve fırça yardımıyla sonra da 1 M HNO3 ile
temizlenmiĢ, son olarak da saf su ile durulanmıĢ ve kurutulmuĢtur. Örnekleme sırasında, su
örneklerinin alınacağı numune kapları bu kez akarsuyun suyu ile birkaç kez çalkalanmıĢ,
üzerinde hava kalmayacak Ģekilde doldurulmuĢ ve kapakları sıkıca kapatılmıĢtır. Her bir
istasyonundan bu Ģekilde birbirinin yedeği toplam üç su örneği alınmıĢtır.
Toplanan su örneklerinin + 4 ºC‘de muhafazası için buz kasetleri ile donatılmıĢ büyük hacimli
numune kapları kullanılmıĢtır. Kullanılan buz kasetleri 220 ve 400 gr lık olup, Arçelik (NF 90)
marka soğutucunun derin dondurucu kısmında - 24 ºC‘de muhafaza edilmiĢlerdir. Laboratuara
getirilen su örneklerinin sıcaklıkları kontrol edilmiĢ, + 4 ºC‘yi geçmedikleri ve 48 saate kadar bu
durumlarını muhafaza ettikleri anlaĢılmıĢtır.
Yüzeysel ham su örneklerinin laboratuarda çeĢitli parametreler için analiz edilmesinden önce
filtre edilmesi gerekmektedir. Filtrasyon iĢlemi için 47 mm çaplı süzme haznesine sahip
Sartorius marka vakumlu filtrasyon seti ve gözenek büyüklüğü 0.45 µm olan 47 mm çaplı
selüloz nitrat filtreler kullanılmıĢtır. Yüzeysel ham su örnekleri filtre edildikten sonra Alman
menĢeli Dr. Lange Cadas 200 marka spektrofotometre ve ilgili küvet testler (kit) kullanılarak
analiz edilmiĢtir. ÇalıĢmada kullanılan küvet testlerle ilgili bilgiler Tablo 1‘de verilmektedir.
960
Tablo 1. ÇalıĢmada kullanılan Dr. Lange küvet testler
Parametre
Kod No
Ölçüm Aralığı
pH Aralığı
Sıcaklık Aralığı
(ºC)
4-9
15 - 25
TH
(°dH)
LCK 327
1 -20
KOĠ
(mg/L)
LCK 414
5 - 60
NH4+-N
(mg/L)
LCK 304
0.015 - 2.0
4-9
20
NO2--N
(mg/L)
LCK 541
0.0015 - 0.03
3 - 10
15 - 25
NO3--N
(mg/L)
LCK 339
0.23 - 13.50
3 - 10
20 - 24
TN
(mg/L)
LCK 138
1 - 16
3 - 12
15 - 25
PO4 -P
(mg/L)
LCK 349
0.05 - 1.50
2 - 10
15 - 25
MBAS
(mg/L)
LCK 332
0.2 - 2.0
4-9
22
3-
Toplam Kjeldahl azotu ayrıca analiz edilmeyip, ―TN - (NO2--N + NO3--N)‖ Ģeklinde hesap
edilerek belirlenmiĢtir.
4.BULGULAR VE ĠRDELEME
Torul Barajı Öncesi
Torul Barajı Sonrası
25
15
10
Şubat
Ocak
Aralık
Kasım
Ekim
Eylül
Haziran
Mayıs
Nisan
Mart
0
Ağustos
5
Temmuz
o
Sıcaklık, C
20
Çalışma Dönemi: Mart 2009 - Şubat 2010 (Harşit Çayı)
ġekil 4. Su sıcaklığının her iki istasyonda yıl boyu değiĢimi
Suyun sıcaklığı ilk istasyonda 3.3 - 20.9 °C, son istasyonda ise 5.0 - 23.6 °C arasında değiĢmekte
olup yıllık ortalama değerler 10.9 ve 11.5 °C olarak hesap edilmiĢtir. Yüzeysel suların
sıcaklıkları doğal olarak iklime göre belirlenmektedir. Bundan dolayı en yüksek değerlerle yaz
aylarında buna karĢın en düĢük değerlerle de kıĢ aylarında karĢılaĢılmıĢtır. Sıcaklık değerleri
arasındaki 0.6 °C‘lik fark, istasyonlar arasındaki 268 m‘lik kot farkından ileri gelmektedir. Genel
olarak deniz seviyesinden yükseldikçe suların sıcaklığının düĢtüğü bilinmektedir.
961
14
12
10
Şubat
Ocak
Aralık
Kasım
Ekim
Eylül
Ağustos
Haziran
Mayıs
Nisan
6
Temmuz
8
Mart
Çözünmüş oksijen, mg/L l
ġekil 5. ÇözünmüĢ oksijen konsantrasyonunun her iki istasyonda yıl boyu değiĢimi
ÇözünmüĢ oksijen konsantrasyonu ilk istasyonda 9.06 - 13.00 mg/L, son istasyonda ise 6.33 12.29 mg/L arasında değiĢmekte olup yıllık ortalama değerler 10.63 ve 9. 23 mg/L olarak hesap
edilmiĢtir. En düĢük sıcaklıklar kıĢ mevsiminde gerçekleĢmesine rağmen, en yüksek ÇO
konsantrasyonları ilkbahar aylarında gerçekleĢmiĢtir. Ortalama konsantrasyon değerleri
arasındaki 1.40 mg/L‘lik fark kısmen sıcaklık artıĢından, büyük ölçüde ise Torul Barajı su alma
yapısı kotu ile barajın su kotu arasındaki farktan kaynaklandığı düĢünülmektedir.
8,5
pH
8,0
7,5
Şubat
Ocak
Aralık
Kasım
Ekim
Eylül
Ağustos
Haziran
Mayıs
Nisan
Mart
6,5
Temmuz
7,0
ġekil 6. pH‘nın her iki istasyonda yıl boyu değiĢimi
pH ilk istasyonda 7.00 - 8.40, son istasyonda ise 6.83 - 8.39 arasında değiĢmekte olup yıllık
ortalama değerler 7.84 ve 7.57 olarak hesap edilmiĢtir. Son istasyona kıyasla ilk istasyonda
nispeten daha yüksek değerlerle karĢılaĢılmıĢ, az da olsa Torul Barajı‘ndan dolayı pH‘da 0.27‘lik
bir azalma tespit edilmiĢtir. Gerek elektriksel iletkenlikte gerekse toplam sertlikteki düĢüĢlerin
(ilerleyen kısımda bahsedilecek) bu farka neden olduğu düĢünülmektedir. SKKY‘de pH
bakımından I. sınıf su kalitesi için izin verilen 6.50 - 8.50 aralığı dikkate alındığında HarĢit
Çayı‘nda olumsuz bir durumun olmadığı açıkça görülmektedir.
962
0,550
0,450
0,350
Şubat
Ocak
Aralık
Kasım
Ekim
Eylül
Ağustos
Haziran
Nisan
Mayıs
0,150
Temmuz
0,250
Mart
Elektriksel iletkenlik, mS/cm lll
ġekil 7. Elektriksel iletkenliğin her iki istasyonda yıl boyu değiĢimi
Elektriksel iletkenlik ilk istasyonda 0.159 - 0.533 mS/cm, son istasyonda ise 0.152 - 0.423
mS/cm arasında değiĢmekte olup yıllık ortalama değerler 0.322 ve 0.271 mS/cm olarak hesap
edilmiĢtir. Dolayısıyla Torul Barajı elektriksel iletkenlikte % 16‘lık bir azalmaya sebep
olmuĢtur. SKKY‘de elektriksel iletkenlik parametresi için bir değerlendirme yapılmamakta fakat
TS 266‘da Sınıf 1 ve Sınıf 2 Tip 1 için 0.650 mS/cm, Sınıf 2 Tip 2 içinse 2.500 mS/cm‘ye (20
°C) kadar müsaade edilmektedir. Benzer yaklaĢım ĠTASHY‘de mevcut olup, dolayısıyla
elektriksel iletkenlik bakımından HarĢit Çayı‘nda olumsuz bir durumun söz konusu olmadığı
açıktır.
15
10
Şubat
Ocak
Aralık
Kasım
Ekim
Eylül
Haziran
Mayıs
Nisan
Mart
0
Ağustos
5
Temmuz
o
Toplam sertlik, dH
20
ġekil 8. Toplam sertliğin her iki istasyonda yıl boyu değiĢimi
Toplam sertlik ilk istasyonda 4.64 - 16.7 °dH, son istasyonda ise 4.00 - 13.6 °dH arasında
değiĢmekte olup yıllık ortalama değerler 11.1 ve 9.2 °dH olarak hesap edilmiĢtir. SKKY‘de
toplam sertlik parametresi için bir değerlendirme yapılmamaktadır. Bundan dolayı, elde edilen
toplam sertlik değerleri mg CaCO3/L cinsinden ilk istasyonda 83 - 299 mg/L, son istasyonda ise
72 - 165 mg/L arasında değiĢmekte olup yıllık ortalama değerler 199 ve 165 mg/L CaCO 3 olarak
hesap edilmektedir. Dolayısıyla HarĢit Çayı bu haliyle ―sert su‖ (150 - 300 mg CaCO3/L)
963
sınıfına girmektedir. Ayrıca, Torul Barajı tıpkı elektriksel iletkenlikte olduğu gibi toplam
sertlikte % 17.1‘lik bir düĢüĢe neden olmuĢtur.
10
8
6
4
Şubat
Ocak
Aralık
Kasım
Ekim
Eylül
Temmuz
Haziran
Nisan
Mayıs
0
Ağustos
2
Mart
Kimyasal oksijen ihtiyacı, mg/L l
ġekil 9. Kimyasal oksijen ihtiyacı konsantrasyonunun her iki istasyonda yıl boyu değiĢimi
Kimyasal oksijen ihtiyacı konsantrasyonu ilk istasyonda 2.55 - 9.03 mg/L, son istasyonda ise
1.00 - 8.77 mg/L arasında değiĢmekte olup yıllık ortalama değerler 5.75 ve 4.58 mg/L olarak
hesap edilmiĢtir. SKKY‘de kimyasal oksijen ihtiyacı bakımından I. sınıf su kalitesi için izin
verilen 25 mg/L‘lik değer dikkate alındığında HarĢit Çayı‘nın bu değerin oldukça altında bir
konsantrasyona sahip olduğu (ġekil 9) anlaĢılmaktadır. Ayrıca Torul Barajı % 20.3‘lük bir
azalmaya sebep olarak mevcut su kalitesine olumlu bir etki yapmıĢtır.
0,25
0,20
0,15
0,10
Şubat
Ocak
Aralık
Kasım
Ekim
Eylül
Ağustos
Haziran
Mayıs
Nisan
0,00
Temmuz
0,05
Mart
Amonyum azotu, mg/L
ġekil 10. Amonyum azotu konsantrasyonunun her iki istasyonda yıl boyu değiĢimi
Amonyum azotu konsantrasyonu ilk istasyonda 0.037 - 0.210 mg/L, son istasyonda ise 0.010 0.137 mg/L arasında değiĢmekte olup yıllık ortalama değerler 0.108 ve 0.047 mg/L olarak hesap
edilmiĢtir. En yüksek değerlerle ilk istasyonda (3. ve 15. çalıĢma hariç) karĢılaĢılmıĢtır.
SKKY‘de amonyum azotu bakımından I. sınıf su kalitesi için izin verilen 0.200 mg/L‘lik değer
964
dikkate alındığında HarĢit Çayı‘nın bu değerin altında (ilk istasyonda 24. çalıĢma hariç) bir
içeriğe sahip olduğu (ġekil 10) anlaĢılmaktadır. Ayrıca, Torul Barajı % 56.2‘lik bir azalmaya
sebep olarak mevcut su kalitesine olumlu bir etki yapmıĢtır.
0,03
0,02
Şubat
Ocak
Aralık
Kasım
Ekim
Eylül
Haziran
Mayıs
Nisan
Mart
0
Ağustos
0,01
Temmuz
Nitrit azotu, mg/L l
0,04
ġekil 11. Nitrit azotu konsantrasyonunun her iki istasyonda yıl boyu değiĢimi
Nitrit azotu konsantrasyonu ilk istasyonda 0.001 - 0.025 mg/L, son istasyonda ise 0.000 - 0.015
mg/L arasında değiĢmekte olup yıllık ortalama değerler 0.009 ve 0.003 mg/L olarak hesap
edilmiĢtir. En yüksek değerlerle çoğunlukla ilk istasyonda ve akarsuyun debisinin azaldığı yaz
ve sonbahar aylarında karĢılaĢılmıĢtır. SKKY‘de nitrit azotu konsantrasyonu için izin verilen
0.002 mg/L‘lik değer dikkate alındığında, özellikle ilk istasyon için HarĢit Çayı‘nın bu değerin
oldukça üzerinde (ġekil 11) bir nitrit azotu içeriğine sahip olduğu belirlenmiĢtir. Fakat, Torul
Barajı % 62.6‘lık bir azalmaya sebep olarak su kalitesine olumlu bir etki yapmıĢtır.
0,75
0,50
Şubat
Ocak
Aralık
Kasım
Ekim
Eylül
Haziran
Mayıs
Nisan
Mart
0,00
Ağustos
0,25
Temmuz
Nitrat azotu, mg/L
1,00
ġekil 12. Nitrat azotu konsantrasyonunun her iki istasyonda yıl boyu değiĢimi
Nitrat azotu konsantrasyonu ilk istasyonda 0.205 - 0.547 mg/L, son istasyonda ise 0.000 - 0.846
mg/L arasında değiĢmekte olup yıllık ortalama değerler 0.344 ve 0.304 mg/L olarak hesap
965
edilmiĢtir. SKKY‘de nitrat azotu bakımından I. sınıf su kalitesi için izin verilen 5 mg/L‘lik değer
dikkate alındığında HarĢit Çayı‘nın 1 mg/L‘yi dahi bulmayan nitrat azotu konsantrasyonu içeriği
(ġekil 12) ile oldukça iyi bir durumda olduğu anlaĢılmaktadır. Torul Barajı % 11.7‘lik bir
azalmaya sebep olarak mevcut su kalitesine olumlu bir etki yapmıĢtır.
1,25
1,00
0,75
Şubat
Ocak
Aralık
Kasım
Ekim
Eylül
Ağustos
Haziran
Mayıs
Nisan
0,25
Temmuz
0,50
Mart
Toplam Kjeldahl azotu, mg/L l
ġekil 13. Toplam Kjeldahl azotu konsantrasyonunun her iki istasyonda yıl boyu değiĢimi
Toplam Kjeldahl azotu konsantrasyonu ilk istasyonda 0.505 - 1.212 mg/L, son istasyonda ise
0.412 - 1.220 mg/L arasında değiĢmekte olup yıllık ortalama değerler 0.796 ve 0.705 mg/L
olarak hesap edilmiĢtir. En yüksek değerlerle çoğunlukla ilk istasyonda karĢılaĢılmıĢ, mevsimsel
olarak azalan bir eğilim tespit edilmiĢ ve en düĢük değerler kıĢ aylarında tespit edilmiĢtir.
SKKY‘de toplam Kjeldahl azotu bakımından I. sınıf su kalitesi için izin verilen 0.500 mg/L‘lik
değer dikkate alındığında, HarĢit Çayı‘nın sadece son istasyondaki 18., 19., 20., 21. ve 22.
çalıĢmalarda bu kaliteye sahip olduğu, bunların dıĢında II. sınıf su kalitesine sahip olduğu
anlaĢılmıĢtır. Son olarak, Torul Barajı % 11.4‘lük bir azalmaya sebep olarak su kalitesine olumlu
bir etki yapmıĢtır.
0,16
0,14
0,12
0,10
Şubat
Ocak
Aralık
Kasım
Ekim
Eylül
Ağustos
Haziran
Mayıs
Nisan
0,06
Temmuz
0,08
Mart
Orto-fosfat fosforu, mg/L
ġekil 14. Orto-fosfat fosforu konsantrasyonunun her iki istasyonda yıl boyu değiĢimi
966
Orto-fosfat fosforu konsantrasyonu ilk istasyonda 0.081 - 0.156 mg/L, son istasyonda ise 0.069 0.112 mg/L arasında değiĢmekte olup yıllık ortalama değerler 0.115 ve 0.095 mg/L olarak hesap
edilmiĢtir. En yüksek değerlerle çoğunlukla ilk istasyonda karĢılaĢılmıĢtır. SKKY‘de orto-fosfat
fosforu bakımından bir değerlendirme yapılmamakta, fakat toplam fosfor bakımından I. sınıf su
kalitesi için 0.020 mg/L‘ye kadar izin verilmektedir. Orto-fosfat fosforu değerleri dahi toplam
fosfor için izin verilen değerin oldukça üzerindedir. Bu haliyle HarĢit Çayı‘nın en iyi ihtimalle II.
sınıf su kalitesine sahip olduğu söylenebilir. Ayrıca, Torul Barajı, baraj gölüne giren orto-fosfat
fosforunun % 17.8‘ini ortadan kaldırdığı anlaĢılmaktadır.
1,0
0,8
0,6
0,4
Şubat
Ocak
Aralık
Kasım
Ekim
Eylül
Ağustos
Haziran
Mayıs
Nisan
0,0
Temmuz
0,2
Mart
Anyonik deterjan, mg/L
ġekil 15. Anyonik deterjan konsantrasyonunun her iki istasyonda yıl boyu değiĢimi
Anyonik deterjan (metilen mavisiyle reaksiyona giren anyonik yüzey aktif maddeler)
konsantrasyonu ilk istasyonda 0.016 - 0.812 mg/L, son istasyonda ise 0.000 - 0.481 mg/L
arasında değiĢmekte olup yıllık ortalama değerler 0.223 ve 0.064 mg/L olarak hesap edilmiĢtir.
En yüksek değerlerle ilk istasyonda karĢılaĢılmıĢtır. SKKY‘de anyonik deterjan bakımından izin
verilen 0.050 mg/L‘lik değer sadece son istasyonda yaz, sonbahar ve kıĢ aylarında tespit
edilmiĢtir. Dolayısıyla, Torul Barajı anyonik deterjanın % 71.4‘ünü ortadan kaldırarak su
kalitesinin artmasına büyük katkı yapmıĢtır.
Ġncelenen her bir parametre için elde edilen değerlerin mevsimsel ortalamaları SKKY‘ye göre
değerlendirilmekte ve Tablo 2‘de verilen sınıflandırma ortaya çıkmaktadır.
967
Tablo 2. Ġstasyonların elde edilen değerlerle SKKY‘ye göre mevsimsel sınıflandırılması
Parametre
ĠLKBAHAR
YAZ
KIġ
SONBAHAR
1. Ġ.
2. Ġ.
1. Ġ.
2. Ġ.
1. Ġ.
2. Ġ.
1. Ġ.
2. Ġ.
ÇO
*
*
*
*
*
**
*
*
T
*
*
*
*
*
*
*
*
pH
*
*
*
*
*
*
*
*
KOĠ
*
*
*
*
*
*
*
*
+
*
*
*
*
*
*
*
*
-
**
**
***
*
***
*
**
*
-
NO3 -N
*
*
*
*
*
*
*
*
TKN
**
**
**
**
**
**
**
*
PO43--P
**
**
**
**
**
**
**
**
MBAS
***
***
***
*
***
*
**
*
NH4 -N
NO2 -N
*
**
***
: I. sınıf su kalitesi
: II. sınıf su kalitesi
: III. sınıf su kalitesi
Buraya kadar elde edilen değerler sadece SKKY‘ye göre değerlendirilmiĢtir. ĠTASHY ve TS
266‘ya göre bir değerlendirme yapıldığında ise Ģunlar söylenebilir:
Amonyum için gerek ĠTASHY‘de gerekse TS 266‘da Sınıf 2 Tip 2 için en çok 0.500 mg/L‘ye
kadar müsaade edilmekte bu da 0.390 mg/L amonyum azotuna karĢılık gelmektedir. Dolayısıyla,
HarĢit Çayı‘nın iki istasyonda da bu değeri aĢmadığı görülmektedir (ġekil 10).
Nitrit için de gerek ĠTASHY‘de gerekse TS 266‘da Sınıf 2 Tip 2 için en çok 0.500 mg/L‘ye
kadar müsaade edilmekte bu da 0.150 mg/L nitrit azotuna karĢılık gelmektedir. Dolayısıyla,
HarĢit Çayı‘nın iki istasyonda da bu değeri aĢmadığı görülmektedir (ġekil 11).
Nitrat için ise hem ĠTASHY‘de hem de TS 266‘da Sınıf 2 Tip 2 için en çok 50 mg/L‘ye kadar
izin verilmekte bu da 11.3 mg/L nitrat azotuna karĢılık gelmektedir. Dolayısıyla, HarĢit Çayı‘nın
iki istasyonda da bu değerin çok altında bir değere sahip olduğu görülmektedir (ġekil 12).
HarĢit Çayı üzerindeki Torul Barajı, hidrolik bekleme süresi sayesinde yıllık ortalama bazda,
baraj gölüne giren yüzeysel sudaki mevcut kimyasal oksijen ihtiyacı konsantrasyonunda %
20‘lik, amonyum azotunda % 56‘lık, nitrit azotunda % 63‘lük, nitrat azotunda % 12‘lik, Kjeldahl
azotunda % 11‘lik, toplam azotta % 12‘lik, ortofosfat fosforunda % 18‘lik ve anyonik deterjan
konsantrasyonunda % 71‘lik bir azalmaya sebep olarak su kalitesine olumlu bir katkıda
bulunduğu sonucuna ulaĢılmıĢtır. Sadece, çözünmüĢ oksijen konsantrasyonunda 1.4 mg/L‘lik bir
azalmaya neden olmasından dolayı su kalitesine olumsuz bir etki yapıyor gibi gözükse de yıllık
ortalama 9.23 mg/L‘lik çözünmüĢ oksijen konsantrasyonu ile SKKY‘ye göre I. sınıf su
kalitesinde olup yeterli konsantrasyona sahiptir. Ġstasyonlar arasındaki 268 m‘lik kot farkından
968
dolayı, su ısısında sadece 0.6 ºC‘lik doğal bir artıĢ belirlenmiĢtir. Yıllık ortalama pH değerindeki
fark sadece 0.27 kadardır. Son olarak, Torul Barajı toplam sertliği % 17 kadar gidermiĢ,
dolayısıyla da bu giderim kendisini elektriksel iletkenlik değerinde % 16‘lık bir düĢüĢle
göstermiĢtir.
Torul Barajı 2,096 km2‘lik drenaj alanı ile de membaındaki Kale, Arzular, Tekke, Akçakale,
GümüĢhane ve Torul gibi yerleĢim birimlerinden gelen evsel atıksuları zaman zaman da katı
atıkları bünyesine almaktadır. Bu haliyle hemen mansabındaki Kürtün Barajı‘nın su kalitesine
olumlu bir katkı yapmaktadır. Sonuçta Torul Barajı 2008 yılından itibaren iĢletilmekte olan
oldukça yeni bir barajdır ve su kalitesine olan olumlu katkısı ilerleyen zaman içerisinde ne
düzeyde olacağı bilinmemektedir. Dolayısıyla belirli aralıklarla (örneğin beĢ yılda bir) ve
istasyon sayısı daha da artırılarak bu tür çalıĢmaların tekrarlanması önerilmektedir.
ÇalıĢma kapsamında elde edilen veriler, kültür balıkçılığı açısından irdelenip değerlendirilebilir.
Havzada, özellikle Kürtün baraj gölünde (ġekil 16) gökkuĢağı alabalığı üretimi yapıldığı
bilinmektedir. Torul Barajı‘nın hayata geçirilmesi ile birlikte bu baraj gölünde de benzer
giriĢimler olacaktır. Dolayısıyla çalıĢma kapsamında incelenen parametreler için elde edilen
veriler, iĢletilmekte ve planlanmakta olan kafeste alabalık üretim iĢletmeleri için yol gösterebilir.
ġekil 16. Kürtün baraj gölünde kafes balıkçılığı
TEġEKKÜR
Bu çalıĢma, Karadeniz Teknik Üniversitesi, Bilimsel AraĢtırma Projeleri Koordinasyon Birimi
tarafından 2007.118.01.2 Kod No‘lu proje ile desteklenmiĢtir. ÇalıĢmaya desteklerinden dolayı,
Karadeniz Teknik Üniversitesi, ĠnĢaat Mühendisliği Bölümü öğretim üyesi, aynı zamanda
Mühendislik Fakültesi Dekanı Sayın Prof. Dr. Alemdar BAYRAKTAR Beyefendi‘ye de ayrıca
teĢekkür ederiz. Yazarlar, arazi çalıĢmalarındaki yardımlarından dolayı, Teknisyen Yüksel
HARDAL, Dr. Mustafa DURMAZ, Dr. Tayfun DEDE, Aydın BAYRAK, Zekeriya BAYRAK
ve Öğr. Gör. ġule BIYIK BAYRAM‘a, laboratuar çalıĢmalarındaki desteklerinden dolayı da
Kimya Bölümü öğretim üyesi Prof. Dr. Mehmet TÜFEKÇĠ Beyefendi‘ye teĢekkür ederler.
KAYNAKLAR
1. Dynesius, M., Nilsson, C., ―Fragmentation and Flow Regulation of River System in the
Northern 3rd of the World‖, Science, 266,5186 (1994) 753-762.
969
2. Pohl, M., ―Channel Bed Mobility Downstream from the Elwha Dams, Washington‖,
Professional Geographer, 56,3 (2004) 422-431.
3. Simons, D.B., Senturk, F., ―Sediment Transport Technology‖, Water Resources Publications,
Littleton, Colorado, 1992.
4. Isik, S., Dogan, E., Kalin, L., Sasal, M., Agiralioglu, N., ―Effects of Anthropogenic Activities
on the Lower Sakarya River‖, Catena, 75,2 (2008) 172-181.
5. EĠE, Elektrik ĠĢleri Etüt Ġdaresi Genel Müdürlüğü, Su Akımları Aylık Ortalamaları (19352005).
http://www.eie.gov.tr/turkce/YEK/HES/hidroloji/YayFotFilm/Su_Akimlari_Aylik_Ortalamalari(
1935-2005).pdf 01 Mayıs 2011.
6. T.C. Resmi Gazete, 2004. Su Kirliliği Kontrolü Yönetmeliği, BaĢbakanlık Basımevi 25687.
7. T.C. Resmi Gazete, 2005. Ġnsani Tüketim Amaçlı Sular Hakkında Yönetmelik, BaĢbakanlık
Basımevi 25730.
8. TS 266, Sular-Ġnsani Tüketim Amaçlı Sular, T.S.E., Ankara, Nisan 2005.
9. Bayram, A., Kankal, M., Önsoy, H., Bulut, V.N., ―HarĢit Çayı Hidrolik Yapılarının Askı
Madde Hareketine Etkileri‖, VI. Ulusal Hidroloji Kongresi, Eylül 2010a, Denizli, Bildiriler
Kitabı: 873-882.
10. Bayram, A., Onsoy, H., Bulut, V.N., Tufekci, M., ―Dissolved Oxygen Levels in the Stream
HarĢit (Turkey)‖, 9th International Congress on Advances in Civil Engineering, September
2010b, Trabzon, Book of Abstracts: 214 (full text in CD: ACE2010-HYD-041).
11. Bayram, A., Onsoy, H., Bulut, V.N., Tufekci, M. (2010c). ―Effect of Torul and Kürtün Dams
on Suspended Sediment Concentration in the Stream HarĢit (Turkey)‖, 9th International
Congress on Advances in Civil Engineering, September 2010c, Trabzon, Book of Abstracts: 215
(full text in CD: ACE2010-HYD-042).
12. Bayram, A., Onsoy, H., Akinci, G., Bulut, V.N., ―Variation of Total Organic Carbon Content
Along the Stream Harsit, Eastern Black Sea Basin, Turkey‖, Environmental Monitoring and
Assessment, 2011a, DOI: 10.1007/s10661-010-1860-2.
13. Bayram, A., Onsoy, H., Bulut, V.N., Tufekci, M., Akpinar, A., ―Effects of Gumushane
Municipal Wastewaters on the Stream Harsit Water Quality, Turkey‖, 4th International
Conference on Water Resources and Sustainable Development, February 2011b, Algiers,
Proceedings: 167-173.
14. Bayram, A., Onsoy, H., Komurcu, M.I., Bulut V.N., ―Effects of Torul Dam on Water Quality
in the Stream Harsit, NE Turkey‖, Environmental Earth Sciences, 2011c, DOI: 10.1007/s12665011-1118-5.
15. Greenberg, A.E., Clesceri, L.S., Eaton, A.D., ―Standard Methods for the Examination of
Water and Wastewater‖, 18th ed., APHA, AWWA, WEF, Washington, D.C., 1992.
970
KĠTAPTA BĠLDĠRĠSĠ OLAN YAZARLAR
YAZAR ADI
SAYFA NO
A. Alper ÖNER
A. Ünal ġORMAN
Abdulgani FIRAT
Abdurrahman SAYDUT
Adem AKPINAR
Adem BAYRAM
Ahmet Alper ÖNER
Ahmet DOĞAN
Ahmet Emre TEKELĠ
Ahmet Hamdi SARGIN
Alaattin UĞURLU
Alaettin TAYSUN
Ali Arda ġORMAN
Ali UYUMAZ
Aslı Erdenir SILAY
Aslı ÜLKE
Aslıhan DOĞRUYOL
Aynur ġENSOY
AyĢe MOLLAMAHMUTOĞLU
AyĢegül ÖZGENÇ AKSOY
Basri ERTAġ
Bekir SOLMAZ
Berna AYAT
Bihrat ÖNÖZ
Burak AYDOĞAN
Cahit YERDELEN
Can AKBULUT
Cemalettin ASLAN
Cengiz KOÇ
Cüneyt GÜLER
Deniz BOZKURT
Didem YILMAZER
Doğangün ÇĠFTLĠK
Ebru DERNEK
Ebru YILMAZ
Egemen ARAS
Egemen YAMANKURT
Emrah DOĞAN
Ercan KAHYA
Erdoğan DOĞAN
Erol PEHLĠVAN
Ersin GÖZEL
Esin ÇEVĠK
Esin Hande BAYRAK
Fatih POLAT
Fatih SAKA
Fevziye Ayça VAROL
Galip SEÇKĠN
Gamze C. ERĠNÇ
Gaye OĞUZTÜRK
611
287
549
823
71
299, 315, 337, 361, 723, 813, 957
561
173
525
765
287
865
229, 263
583, 661
791
429
687
229, 263
407
107, 483
395
95
87, 603
751
87, 135, 603
189, 327
147, 513
159
697
635, 649
147, 513
199
209
189, 327
209
697
709
229
549
219, 327
773
851
229
135
495
495
241, 347
453
625
733
253
971
YAZAR ADI
SAYFA NO
Giyasettin AKBĠN
Gökçen BOMBAR
Gökçen UYSAL
Gökmen TAYFUR
Gülay YALÇIN BAYAR
Gürhan GÜRARSLAN
Halil KARAHAN
Hami YÜKSELEN
Hamza ÖZGÜLER
Hasan Gürhan ÜSTÜN
Hatice ÇITAKOĞLU
Hatice ÖZMEN ÇAĞATAY
Hayrullah AĞAÇCIOĞLU
Hızır ÖNSOY
Hilmi UYAN
Ġbrahim Halil ÖLMEZ
Ġsmail ALBAYRAK
Ġsmail HALTAġ
Kemal Yavuz KERPĠġÇĠ
Kezban ġAHĠN TAYSUN
Kutsi S. ERDURAN
Lütfi Gür KÖKSAL
M. Cihan AYDIN
M. Emin EMĠROĞLU
M. Fatih ÜLGER
M. Sai

5. Ulusal Su Mühendisliği Sempozyumu 12

Transkript

Benzer belgeler

Biyoloji Deneyleri

BREAKAWAY SIGN SUPPORT CONCEPT

181 - WordPress.com

tuncelġ ġlġ kanoğlu mahallesġndekġ yapılarda görülen su – nem

bursa ġlġ ġçġn zemġn sınıflaması ve sġsmġk tehlġke

Crystallization behavior of PET materials

Ürün Depolanmasında Atmosfer Kontrollü Depoların

30/09/2009 Tarihli Bülten - İTÜ Gemi İnşaatı ve Deniz Bilimleri